8. Дополнительная очистка сточных вод от соединений азота

8.1. Расчет аэротенка-нитрификатора

Процесс нитрификации сточных вод, т.е. трансформацию аммонийного азота в нитратную форму можно осуществлять на обычных сооружениях биологической очистки, например, в аэротенках. При отсутствии токсичных ингредиентов могут применяться секционированные вытеснители с последовательно работающими аэробными и анаэробными секциями. Процесс нитрификации можно производить в аэротенке-смесителе при невысоком эффекте очистки воды – до 2…4 мг N-NH₄⁺/дм³. Технологическая схема работы очистной станции водоотведения с удалением азота представлена ниже (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Технологическая схема станции с механической, биологической очисткой сточных вод

и удалением азота

Выполним расчет аэротенка-нитрификатора при следующих исходных данных: расход сточных вод 31125 м³/сут; БПК сточных вод 262,2 мг/дм³; БПК очищенных вод 8 мг/дм³; концентрация аммонийного азота в исходной жидкости 24 мг/дм³; концентрация аммонийного азота в очищенной жидкости 2 мг/дм³; температура сточных вод 19,6 ^оС; рН=7,8.

Определяем удельную скорость роста нитрификаторов

где – коэффициент, учитывающий влияние показателя рН на нитрификацию (табл. 8.1); – коэффициент, учитывающий влияние температуры сточных вод (табл. 8.2); – коэффициент, учитывающий влияние концентрации растворенного кислорода; – коэффициент, учитывающий влияние токсичных ингредиентов; – максимальная скорость роста нитрифицирующих микроорганизмов (она равна 1,77 сут^–1 при рН = 8,4 и температуре сточных вод 20 ^оС); – концентрация аммонийного азота в очищенной жидкости (2…4 мг N-NH₄⁺/дм³); – константа полунасыщения, мг N-NH₄⁺/дм³.

Таблица 8.1

рН	6	6,5	7	7,5	8	8,4	9
	0,15	0,31	0,5	0,6	0,87	1,0	1,23

Таблица 8.2

Температура сточных вод	10	15	20	25	30
	0,32	0,56	1,0	1,79	3,2

где – константа полунасыщения, равная 2 мг О₂/дм³.

Определяем минимальный возраст нитрифицирующего ила  по формуле

Принимаем возраст ила Т = 20 сут.

Определяем минимально допустимую концентрацию аммонийного азота в поступающей на очистку сточной жидкости при задаваемом выносе ила из вторичных отстойников a_t = 20 мг/дм³ по формуле

где a_is – концентрация нитрификаторов при количестве окисленного аммонийного азота 20 мг N-NH₄⁺/дм³ за 24-часовой период обработки сточной воды при температуре 20 ^оС; a_t – задаваемый вынос нитрифицирующего ила из вторичных отстойников, мг/дм³.

Концентрацию нитрифицирующего ила a_is определяем по табл.8.3 в зависимости от его возраста.

Таблица 8.3

Т, сут	5	10	15	20	25	30	35	40	50	60	70
ais, г/дм^3	0,017	0,034	0,048	0,055	0,048	0,033	0,021	0,016	0,048	0,053	0,025

Рассчитываем удельную скорость окисления органических веществ  по формуле

где – энергетический физиологический коэффициент, мг БПК_полн/(г*ч); – физиологический коэффициент роста микроорганизмов активного ила, мг БПК_полн/г;  – возраст активного ила, сут.

Для городских сточных вод = 3,7 мг БПК_полн/(г*ч); = 864 мг БПК_полн/г.

мг БПК_полн/(г*ч).

Концентрация беззольной части активного ила a_i определяется из формулы

ρ = ρ_maxL_exC_o/[(L_exC_o + K_lC_o + K_oL_ex)(1 + φa_i)].

В этой формуле для городских сточных вод ρ_max = 70 мг БПК_полн/(г*ч); K_l = 65 мг БПК_полн/дм³; K_o = 0,625 мг/дм³; φ = 0,14 дм³/г.

Отсюда а_i = 2,42 г/дм³.

Продолжительность пребывания сточных вод в аэротенке-нитрификаторе рассчитывается по формуле

Находим дозу нитрифицирующего ила по формуле

Определяем общую концентрацию беззольного ила в иловой смеси аэротенков по формуле

а_общ = a_i + a_in; а_общ = 2,42 + 0,08 = 2,50 г/дм³.

Доза ила по сухому веществу определяется

где s – зольность ила.

г/дм³.

Удельный прирост избыточного активного ила K_g, мг/(мг БПК_полн), определяется по формуле

мг/(мг БПК_полн).

Суточное количество избыточного ила G, кг/сут, составляет

Вынос нитрифицирующего ила из вторичных отстойников должен быть не более 20 мг/дм³, т.е. его прирост должен быть не менее этой величины, с целью сохранения нитрифицирующего ила в системе аэротенк-нитрификатор – вторичный отстойник.

В нашем случае прирост равен 0,55 (262,2 – 8) = 140мг/дм³.

Объем аэротенков-нитрификаторов можно определить по формуле

Удельный расход воздуха определяется по формуле

Определим расход воздуха сутки

Часовой расход воздуха составит 12580 м³/ч (более 5000), поэтому как минимум потребуется две воздуходувки. На воздуходувной станции установим 3 турбовоздуходувки ТВ-50-1,9 общей производительностью 13932 м³/ч (производительность одной 4644 м³/ч) и одну запасную [5].