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.2021.07.03
УДК 628.35

Харькина О. В., Искалиева К. Р., Малич Е. В.

Сравнение расчета аэротенков по моделям ASM2d и ATV

Аннотация

Проведено сравнение результатов расчета аэротенков по модели ATV (Standard ATV-DVWK-A131 E «Dimension of Single-Stage Activated Sludge Plants 2000»), которая является стохастической «табличной» моделью, и по модели ASM2d, которая относится к теоретическим и описывает, в отличие от ATV, процессы биологической очистки сточных вод с помощью формул ферментативной кинетики. Расчеты выполнены для одних и тех же входных данных. Результаты расчетов показали существенную ограниченность использования модели ATV. Данная модель, как изначально указано авторами в ее описании, рассчитывает аэротенки только на единственное значение качества очищенной воды по аммонийному азоту 1 мг/л и не рассчитывает аэротенки на нитриты. Более того, сравнение ATV с ASM2d показало, что и достижение указанного качества очищенной воды по аммонийному азоту 1 мг/л возможно только при конкретных значениях кинетических констант, которые были определены авторами в данной статье, а изменение хотя бы одного из кинетических параметров сточных вод приводит к увеличению необходимого значения аэробного возраста активного ила и, как следствие, расчетного объема аэробной зоны на десятки процентов. Это доказывает риск недостижения требуемого качества очищенной воды при использовании модели ATV даже на концентрацию аммонийного азота 1 мг/л. С учетом того, что методика ATV не рассчитывает аэротенки на качество очищенных вод по нитритам, результаты проведенного нами расчета показывают, что предлагаемые в ATV значения аэробного возраста активного ила 4,05 суток для температуры 17 ºС позволят достичь качество очищенной воды по азоту нит­ритов 0,35–0,52 мг/л N–NO2, что и доказывает невозможность использования ATV, если даны требования к качеству очищенной воды по нитритам. Авторами на основании проведенных расчетов сделаны выводы о рисках недостижения качества очищенной воды по аммонийному азоту, как и 1 мг/л при использовании ATV, из-за того, что ATV является стохастической моделью, то есть все представленные в данной методике зависимости были определены для конкретных условий проведения работ. Более того, как и указано в описании ATV, данная методика применима, даже в ограниченных условиях, строго для городских сточных вод. Проведенные расчеты показали, что при наличии требований к качеству очищенной воды по нитритам, вне зависимости от значений требуемых концентраций нитритов, методика ATV не подходит вообще, при этом ASM2d с учетом того, что она основывается на формулах ферментативной кинетики, позволяет рассчитывать аэротенки на любое требуемое качество очищенной воды как по аммонийному азоту, так и по азоту нитритов и применима для любого типа сточных вод.

Ключевые слова

биологическая очистка , нитрификация , активный ил , кинетические константы , производственные и городские сточные воды , сравнительный расчет сооружений биологической очистки , методики технологического расчета ATV и ASM2d , аэробный возраст активного ила , теоретические и стохастические модели

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