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

Подробнее...

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

Подробнее...

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

Подробнее...

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