bbk 000000

УДК 628.35:661.5

Данилович Д. А., Козлов М. Н., Мойжес О. В., Николаев Ю. А., Казакова Е. А., Грачев Владимир Анатольевич

Анаэробное окисление аммония для удаления азота из высококонцентрированных сточных вод

Аннотация

Описано первое в России исследование технологии анаэробного окисления аммония (ANAMMOX), примененной для очистки возвратных потоков от обезвоживания сброженного осадка. В лабораторных условиях была реализована двухэтапная технология ANAMMOX с использованием двух процессов – частичной нитрификации и собственно процесса анаэробного окисления аммония. Эффективность удаления азота в реакторе автотрофного окисления аммония составила 90%, объемная мощность реактора по азоту – 0,16 кг/м³ в сутки. Полученные результаты показывают, что процесс автотрофного удаления азота является технологически и экономически привлекательной альтернативой традиционной технологии нитри-денитрификации.

Ключевые слова:

сточные воды , удаление азота , аммоний , анаэробное окисление , нитрификация , денитрификация , обезвоживание сброженного осадка

DOI 10.35776/MNP.2019.09.07
УДК 628.356

Баженов В. И., Устюжанин А. В., Королева Е. А.

Аэрация для биологической очистки сточных вод: актуализация зарубежных терминов и аббревиатур

Аннотация

Представлен анализ отечественных и зарубежных методик расчета аэротенков и руководств по их проектированию. Анализ современных подходов к расчету очистных сооружений свидетельствует о том, что расчетный расход воздуха определяют в соответствии с потребностью биологического процесса в кислороде на окисление органических соединений, нитрификацию и денитрификацию. Адаптированы международные термины и аббревиатуры к российским аналогам во взаимосвязи с теорией массопереноса кислорода, а также зарубежные руководства по проектированию сооружений для аэрации сточных вод. Поясняется различие между натурными (измеряемыми экспериментально) и расчетными (определяемыми для проекта) параметрами OUR и AOR, SOTR и SOR. Балансовое равенство между OTR и AOR является оптимальным и экономичным проектным решением. Отмечено, что использование актуализированных международных терминов и аббревиатур в тендерных и конкурсных процедурах (при проектировании и поставке) упростит их проведение и обеспечит взаимопонимание сторон. Потребность в регулировании подачи воздуха в аэротенки обоснована балансом кислорода «потребление – растворение». В динамических условиях для регулируемых систем OTR → OUR. При автоматизированном поддержании заданной уставки по концентрации растворенного кислорода это условие приводит к экономии потребляемой электроэнергии.

Ключевые слова

сточные воды , биологическая очистка , нитрификация , денитрификация , аэротенк , система аэрации , массоперенос кислорода , термины , аббревиатура , регулирование расхода воздуха , OUR , AOR , OTR , SOTR , SOTE

DOI 10.35776/VST.2021.04.03
УДК 628.35:661.5

Пукемо М. М., Кулаков А. А., Желтухин Р. В.

Особенности очистки сточных вод больницы

Аннотация

При высоких концентрациях азотных соединений и низком содержании органических веществ в сточных водах денит­рификация протекает не в полной мере, что приводит к высокому содержанию нитратов в очищенной воде. Описан опыт применения дополнительного субстрата для обеспечения денитрифицируемого азота нитратов требуемым органическим веществом. Выявлено глубокое угнетение биоценоза при высоких концентрациях хлорпроизводных в поступающих на очистку сточных водах. При концентрации общего хлора 5,4–6,8 мг/л процессы биологической очистки практически не протекали, а биопленка на поверхности загрузки не формировалась. Отмечено, что состав сточных вод больничного комплекса отличается низким содержанием органических веществ (БПК5 в среднем 42,3 мг/л, ХПК в среднем 128,9 мг/л) при концентрации общего азота 43,4 мг/л. Экспериментально подтверждена эффективность применения сахарозы в качестве субстрата для денитрификации сточных вод больничного комплекса. Расход сахара составил 0,17 кг/м³ при соотношении БПК5/азот общий 0,95 в поступающих на очистку сточных водах.

Ключевые слова

очистные сооружения , денитрификация , сточные воды больницы , дополнительный субстрат , сахароза

bbk 000000

УДК 628.35

ШВЕЦОВ В. Н., Морозова К. М., Степанов С. В.

Расчет сооружений биологической очистки городских и производственных сточных вод в аэротенках с удалением биогенных элементов

Аннотация

Сооружения биологической очистки являются основными для очистки хозяйственно-бытовых, городских и производственных сточных вод большинства отраслей промышленности (химическая, нефтехимическая, нефтеперерабатывающая, пищевая, текстильная, легкая, коксохимическая, сельское хозяйство и др.). Однако до настоящего времени в Российской Федерации отсутствует научно обоснованный метод расчета сооружений биологической очистки сточных вод с удалением азота и фосфора. Обширные многолетние исследования НИИ ВОДГЕО и кафедры «Водоснабжение и водоотведение» Самарского государственного технического университета, проведенные на лабораторных и пилотных установках, на действующих сооружениях с обработкой больших массивов данных позволили подготовить полноценную методику расчета аэротенков с удалением биогенных элементов. Представленная методика служит дополнением методики технологического расчета сооружений биологической очистки, изложенной в СНиП 2.04.03-85 в части расчета аэротенков с нитри-денитрификацией и биологическим удалением фосфора, и обеспечивает расчеты по реконструкции и новому строительству сооружений биологической очистки как городских и хозяйственно-бытовых, так и производственных сточных вод. В основу технологического расчета сооружений биологической очистки положена концепция описания этих процессов уравнениями ферментативной кинетики. Методика включает этапы: обоснование релевантных исходных данных по расходам и качественному составу сточных вод; определение технологической схемы и составление материального баланса по всем критическим компонентам загрязнений; определение кинетических констант и коэффициентов уравнений ферментативной кинетики трансформации каждого из основных компонентов загрязнений (БПК, соединения азота и фосфора и др.) и прироста активного ила путем статистического анализа данных эксплуатации и химико-аналитического анализа проб сточной воды действующих очистных сооружений по экспериментальным данным или на основе имеющихся аналогов; расчет объемов всех элементов соо­ружений с определением лимитирующего компонента и
степени очистки по другим загрязняющим веществам; окончательная корректировка объемов и параметров работы всех технологических зон с учетом требований к степени очистки по всем диктующим компонентам загрязнений. Представлен пример расчета. Отмечено, что алгоритм расчета и формулы, заложенные в методику, обеспечивают расчеты любых сложных технологических схем с удалением азота и фосфора применительно как к муниципальным, так и к производственным сточным водам. Методика позволяет рассчитывать степень очистки не только по БПК и соединениям азота, но и по другим, индивидуальным компонентам загрязнений (нефтепродукты, СПАВ, жиры и др.), что открывает дополнительные возможности биологического метода очистки сточных вод. Методика особенно полезна при расчете сооружений биологической очистки производственных сточных вод, так как большинство зарубежных методик ориентировано в основном на очистку хозяйственно-бытовых и городских сточных вод до концентраций, принятых в этих странах. Методика построена по принципу необходимой достаточности, однако содержит 70 расчетных параметров и 28 формул и уравнений, поэтому расчеты реализуются в программе Microsoft Office Excel, что возможно даже при среднем уровне владения программой. При этом можно проводить расчеты сразу по нескольким вариантам в диалоговом режиме и/или осуществлять оптимизацию очистных сооружений в процессе их эксплуатации.

Ключевые слова

биологическая очистка , нитрификация , денитрификация , азот , фосфор , активный ил , кинетические константы , методика технологического расчета , производственные и городские сточные воды

DOI 10.35776/VST.2022.05.03
УДК 628.35

Харькина О. В.

Сравнение результатов расчета аэротенков по методу Даниловича–Эпова и модели ASM2d (часть 1)

Аннотация

Проведен анализ предложенной Д. А. Даниловичем и А. Н. Эповым методики расчета аэротенков, реализующих технологии удаления азота и фосфора. Дано сравнение результатов расчетов по данной методике и методике ASM2d. Показано, что, в отличие от методики ASM2d, которая относится к теоретическим моделям и описывает процессы биологической очистки сточных вод с помощью формул ферментативной кинетики, рассматриваемая методика представляет собой, по своей сути, эмпирический расчет, в котором заложены неизменяемые и в большинстве своем не имеющие физического смысла константы. Поскольку эмпирические модели связывают между собой параметры, полученные на основании экспериментальных данных конкретного объекта в строго ограниченных условиях, применять эти модели можно только в случае, когда все параметры другого объекта точно совпадают с данными объекта, на котором предлагаемая модель составлялась. Соответственно, применение любых эмпирических моделей, в том числе и рассматриваемой методики, на сооружениях, которые не являлись объектами для составления этих эмпирических моделей, ведет к риску получения некорректных результатов расчета. На основании выполненных расчетов показаны риски и ограничения использования метода, предложенного Даниловичем и Эповым, для расчета соо­ружений биологической очистки. В первой части статьи проведен расчетный анализ определения значений аэробного возраста активного ила, которые являются базовыми значениями для расчета объема аэробных зон аэротенков.

Ключевые слова

сточные воды , биологическая очистка , нитрификация , денитрификация , активный ил , кинетические константы , теоретические и эмпирические математические модели , сравнительный расчет сооружений биологической очистки , ASM2d

DOI 10.35776/VST.2022.11.03
УДК 628.35

Харькина О. В.

Сравнение результатов расчета аэротенков по методу Даниловича–Эпова и модели ASM2d (часть 2)

Аннотация

Продолжен анализ предложенной Д. А. Даниловичем и А. Н. Эповым Методики расчета аэротенков, которая основана на немецкой методике ATV. В силу определенной ограниченности эмпирической методики ATV, разработанной на основании данных только тех сточных вод, на которых авторы смогли провести исследования, методика ATV не может быть применена за пределами тех очистных сооружений, на которых проведены эти исследования. Проведено сравнение Методики с моделью ASM2d (матрица уравнений ферментативной кинетики, описывающих скорости роста микроорганизмов и скорости соответствующих био­химических процессов), а также с методикой НИИ ­ВОДГЕО/СамГТУ, которая является полностью тео­ретической моделью, а расчетные формулы представляют собой уравнения ферментативной кинетики. Расчеты аэротенков по формулам ферментативной кинетики были заложены еще в СНиП «Канализация. Наружные сети и сооружения» в 1974г., а уже в СНиПе 1984г. расчет был дан в виде отработанной методики для сооружений биологической очистки на окисление органических соединений. Эмпирический же подход, предлагаемый в Методике, вызывает не только технологический вопрос об области ее применения, но и воп­рос ее целесооб­разности в целом. Применение эмпирических подходов, к которым относится Методика, формально связывает между собой заложенные параметры в виде неизменяемых коэффициентов и эмпирических зависимостей, полученных экспериментально в узком диапазоне параметров и условий конкретного объекта, что создает риски существенных ошибок. Показано, что Методика для городских сточных вод дает заниженные объемы аэротенков на десятки процентов по сравнению с результатами расчетов по теоретическим методикам ASM2d и ВОДГЕО/­СамГТУ, разработанной В. Н. Швецовым, С. В. Степановым, К. М. Морозовой, которые описывают процессы очистки сточных вод с помощью формул ферментативной кинетики. При этом показано, что ASM2d и методика ВОДГЕО/СамГТУ дают высокую сходимость результатов в пределах различий менее 10%, что позволяет говорить о корректности модели ASM2d и методики ­ВОДГЕО/СамГТУ, и ограниченности Методики, позволяющей ее использование только для грубых прикидочных расчетов.

Ключевые слова

сточные воды , биологическая очистка , нитрификация , денитрификация , активный ил , кинетические константы , теоретические и эмпирические математические модели , ASM2d , методика НИИ ВОДГЕО/СамГТУ , уравнения ферментативной кинетики , сравнительный расчет

DOI 10.35776/VST.2021.05.02
УДК 628.35

ШВЕЦОВ В. Н., Харькина О. В., Степанов С. В.

Сравнение результатов расчета аэротенков по моделям НИИ ВОДГЕО/СамГТУ и ASM2d

Аннотация

Проведено сравнение результатов расчета аэротенков, реа­лизующих процессы аэробного окисления органических сое­динений, нитрификации, денитрификации и удаления фосфора (химического и биологического) по двум различным математическим моделям (методикам): ВОДГЕО/СамГТУ (Самарского государственного технического университета) и ASM2d. Эти модели относятся к теоретичес­ким и описывают процессы биологической очистки сточных вод с помощью формул ферментативной кинетики. Расчеты для одних и тех же входных и выходных данных показали высокую сходимость результатов по объемам технологических зон аэротенков. Для качества очищенных вод до требований ПДК для водных объектов рыбохозяйственного значения (вариант 1) расхождение составляет –0,3 и 3,3% соответственно для аноксидной и аэробной зон. При показателях на сброс в водный объект категории Б (вариант 2) для сооружений от больших до сверхкрупных разница в результатах расчета объемов составила соответственно 13,8 и 15,4%. При расчете с учетом качества очищенной воды до значений технологических показателей на сброс в водный объект категории Г (вариант 3) для очистных сооружений от больших до сверхкрупных расхождение в значениях объемов аэробных зон составило 48%, что обусловлено целесообраз­ностью обеспечения устойчивой нитрификации при высоких нагрузках. По­этому вариант 3 по методике ВОДГЕО/СамГТУ фактически выполнен на более низкую нагрузку на ил и более глубокую нитрификацию, чем по методике ASM2d (1 вместо 2 мгN–NH₄/л). Показано, что лежащие в основе обеих методик математические модели, базирующиеся на фундаментальных уравнениях ферментативной реакции, весьма высокая сходимость и логичность результатов расчетов дают основание утверждать, что обе эти модели в наибольшей степени из известных приемлемы для расчета сооружений биологической очистки сточных вод с удалением азота и фосфора.

Ключевые слова

биологическая очистка , нитрификация , денитрификация , активный ил , кинетические константы , производственные и городские сточные воды , методики технологического расчета ВОДГЕО/СамГТУ и ASM2d , теоретические и эмпирические математические модели , сравнительный расчет сооружений биологической очистки

DOI 10.35776/VST.2022.09.04
УДК 628.35

Кевбрина М. В., Дорофеев А. Г., Агарев А. М.

Сравнение результатов расчета аэротенков по разным методикам (в порядке обсуждения)

Аннотация

Проведено сравнение результатов расчета по методике, изложенной в книге Д. А. Даниловича и А. Н. Эпова «Расчет и технологическое проектирование процессов и сооружений удаления азота и фосфора из городских сточных вод», и методике, приведенной в книге «Технология сточных вод. Обработка и восстановление ресурсов» (пятое издание, Metcalf & Addy), на модельном объекте, для которого ранее в статье В. Н. Швецова, С. В. Степанова и О. В. Харькиной «Сравнение результатов расчетов аэротенков по моделям НИИ ВОДГЕО/СамГТУ и ASM2d» был проведен расчет по методике НИИ ВОДГЕО/СамГТУ и модели ASM2d. Показано, что расчеты, основанные на уравнениях ферментативной кинетики и микробного роста (НИИ ВОДГЕО/СамГТУ, ASM2d и Metcalf & Addy), дают схожие результаты по объему аэротенков с «табличной» методикой, основанной на немецком стандарте ATV-DVWK-A131E и переработанной с учетом кинетики роста нитрифицирующих микроорганизмов. Разность подходов дает разные результаты по возрасту активного ила, но конечные результаты объемов аэротенков и зон в них имеют расхождения, не превышающие 15–20%. Моделирование работы аэротенков в программе BioWin-3, построенной на модели ASDM, по существу, близкой к группе моделей активного ила ASM, с объемами зон, рассчитанными по разным методикам, показало схожее расчетное качество очищенной воды. Это подтверждает возможность любой из рассмотренных методик адекватно рассчитывать объемы аэротенков. Выбор способа расчета для каждого конкретного случая зависит от доступности и удобства пользования методикой, а также от личных предпочтений проектировщика.

Ключевые слова

нитрификация , денитрификация , аэротенк , биологическая очистка сточных вод , анаэробная зона , теоретические и эмпирические математические модели , сравнительный расчет сооружений биологической очистки , методики технологических расчетов , аноксидная зона

DOI 000000

УДК 628.35:661.5

Данилович Д. А., Смирнов Александр Владимирович

Технология ступенчатой нитри-денитрификации для очистки городских сточных вод: анализ вариантов и опыт применения

Аннотация

Рассмотрен опыт компании АО «МАЙ ПРОЕКТ» по проектированию биологических очистных сооружений (аэротенков) на муниципальных объектах РФ с применением ступенчатой нитри-денитрификации. За последние 10 лет было реконструировано и построено более 20 очистных соо­ружений с внедрением именно ступенчатой схемы, автор статьи принимал личное участие в наладке и запуске более 10 биологических очистных сооружений по очистке муниципальных и промышленных сточных вод. С целью соблюдения конфиденциальности данных в статье не приводятся результаты химического анализа работы сооружений, а с использованием математического моделирования показаны особенности реализации ступенчатой денитрификации. Рассмотрены ключевые технологические аспекты реализации схем ступенчатого процесса с разным количеством ступеней (две и три), случаи необходимости использования или отказа от нитратного рецикла, а также с применением, при необходимости, дополнительного субстрата (метанола) при особо жестких требованиях по содержанию азота на сбросе очищенных сточных вод. Традиционно считается, что схема ступенчатой денитрификации рассчитана на удаление азота, однако также рассмотрены дополнительные положительные модификации ступенчатой денитрификации, которые позволяют организовать биологическое удаление фосфора. Рассматривается устройство анаэробной зоны перед первым каскадом денитрификации (D1), использование ступенчатой денитрификации при реализации технологической схемы Йоханнесбургского университета (JHB), а также организация дробной подачи возвратного ила.

Ключевые слова

биологическая очистка , нитрификация , денитрификация , аэротенк , биологическое удаление фосфора , ступенчатая технология