7.3.3.Составление балансовой схемы очистки бытовых сточных вод по азот содержащим компонентам

Исходные данные:

- схема очистки бытовых сточных вод представлена на рис.7.16,

- расход очищаемых сточных вод – Q (м³/сут),

- норма водоотведения в населенном пункте q=300 л/сут*чел,

- канализационные сети поселка характеризуются небольшой протяженностью, поэтому в сточных водах, подаваемых на очистку, помимо прочих примесей, присутствует органический азот N_орг в концентрации 3 мг/л,

- сброс очищенных сточных вод осуществляется в рыбохозяйственный водоем,

- ПДК взвешенных веществ в сбрасываемых водах - 3 мг/л,

- эффективность первичного осветления сточных вод составляет 50%,

- степень рециркуляции активного ила R_i=0,5,

- для упрощения расчетов расход избыточного ила принять равным нулю: q_ии=0.

Задание:

1. определить концентрации основных компонентов в сточных водах перед сооружениями биологической очистки: содержание взвешенных веществ, БПК, аммонийного азота, азота нитритов и нитратов, молекулярного азота, фосфатов;

2. назначить концентрации на выпуске сточных вод в водоем,

3. проанализировать предложенную схему, перечислить все процессы, происходящие в отдельных отсеках; дать ответ: позволит ли предложенная схема обеспечить требуемую степень очистки?

4. Определить оптимальную (минимальную допустимую) степень рециркуляции водно-иловой смеси R_wi;

5. Составить балансовую схему по азот содержащим соединениям.

Рис.7.16

Решение:

1) Концентрации загрязнений в бытовых водах, поступающих на очистку,

С_быт (мг/л) определяются по формуле:

С_быт = (a*1000)/q_ж (мг/л) /7.31/

где: - q_ж (л/сут*чел) - норма водоотведения.

- С_быт (мг/л) - концентрация определенного загрязняющего вещества в бытовых водах;

- а (г/чел*сут)- количество этого загрязняющего вещества, поступающего в сутки от каждого жителя, принимается согласно табл. 25 СНиП 2.04.03-85 (см.табл.7.6).

Количество загрязняющих веществ, поступающих в сутки от каждого жителя населенного пункта

Таблица 7.6

Показатель	а (г/чел*сут)	Показатель	а (г/чел*сут)
Взвешенные вещества	65	Фосфаты Р2О5	3.3
БПК неосветл. жидкости	75	В т.ч. моющих вещ-в	1.6
БПК осветленной жидкости	40	Хлориды	9
Аммонийный азот	8	ПАВ	2.5

Концентрации основных компонентов в сточных водах перед сооружениями биологической очистки, вычисленные по формуле /7.31/ с учетом эффекта осветления в первичных отстойниках или принятые по заданию, составляют следующие величины:

Концентрации сточных вод, поступающих на биологическую очистку

Таблица 7.7

Показатель	С (мг/л)	Показатель	С (мг/л)
Взвешенные вещества	108	Нитриты	0
БПК	133	Нитраты	0
Аммонийный азот	27	Свободный азот	0
Органический азот (по заданию)	3	Фосфаты	11

2) Концентрации на выпуске сточных вод в водоем назначаются в соответствии с требованиями к качеству воды рыбохозяйственных водоемов, содержание взвеси – по заданию (см.таблицу 7.8).

ПДК на выпуске сточных вод в водоем

Таблица 7.8

Показатель	С (мг/л)	Показатель	С (мг/л)
Взвешенные вещества	3	Нитриты	0,02
БПК	3	Нитраты	9,1
Аммонийный азот	0,39	Свободный азот	0
Органический азот	0	Фосфаты	0,05

3. Предложенная схема позволит обеспечить требуемую степень очистки.

Названия отдельных зон схемы и иллюстрации процессов, протекающих в этих зонах, представлены в таблице 7.9.

Процессы, происходящие в отдельных зонах схемы

Таблица 7.9

Наименование зоны, проходящие процессы	Иллюстрация
Облигатная анаэробная зона; здесь происходит аммонизация органического азота и выделение фосфатов в воду
Аноксидная зона; здесь идет процесс денитрификации и завершается аммонизация
Аэробная зона (аэротенк); в ней проходит несколько процессов: окисление органических (углеродсодержащих) примесей, нитрификация, поглощение илом фосфора, а также отдув остаточного свободного азота в атмосферу

3. Оптимальная (минимальная допустимая) степень рециркуляции водно-иловой смеси R_wi определяется из уравнения баланса азота в системе:

[7.32]

где:

- ΣN_en – общее количество азота в поступающих сточных водах (мг/л): в виде иона аммония (NH₄⁺)_en, в составе органических соединений N_орг, в свободном состоянии N₂, в окисленном виде – в составе нитритов и нитратов (NO₃^-), (NO₂^-); ΣN_en(мг/л) принимается по данным таблицы 7.7;

- ΣN_ex – предельно допустимое содержание азота в очищенных сточных водах, во всех формах; принимается по данным таблицы 7.8;

- (NO₂^-)_ex, (NO₃^-)_ex – предельно допустимые концентрации азота нитритов и нитратов на выпуске в водоем, принимаются по данным таблицы 7.8.

По формуле [7.32]:

Расчет по данной формуле предполагает идеальную работу аноксидной зоны – денитрификатора, то есть предполагается, что количество нитритов и нитратов перед аэробной зоной будет близко к нулю. Это очень трудно обеспечить технически, поэтому полученное теоретическим путем значение R_wi необходимо искусственно увеличить. В данном расчете рекомендуется его округлить в большую сторону до ближайшего целого числа. Принимается R_wi=3.

3. Расчет балансовой схемы по азоту.

Концентрации азот содержащих соединений в исходной воде и на выпуске в водоем определены. Сведения необходимо нанести на схему (см.рис.7.17).

Далее необходимо определить максимальные допустимые концентрации азот содержащих соединений в сточных водах после анаэробной обработки, перед аэробной зоной:

- в виде иона аммония (NH₄⁺)_m,

- в составе органических соединений (N_орг)_m,

- в свободном состоянии (N₂) _m,

- в форме нитритов (NO₂^-)_m

- в форме нитратов (NO₃^-)_m.

В анаэробной зоне (в целом: в строгой анаэробной и в аноксидной) происходят следующие преобразования. С одной стороны, количество аммонийного азота (NH₄⁺) увеличивается c 27 мг/л до 30 мг/л за счет того, что органический азот (N_орг) преобразуется в аммонийный (NH₄⁺). Соответственно концентрация органического азота (N_орг) снижается от 3 мг/л до нуля. С другой стороны, количество аммонийного азота (NH₄⁺) уменьшается с 30 мг/л до 6,97 мг/л за счет разбавления расхода исходной воды Q циркулирующими потоками водно-иловой смеси (R_wi ^.Q =3^.Q) и активного ила (R_i ^.Q =0,5^.Q), в которых концентрация (NH₄⁺) составляет 0,39 мг/л.

Расчет количества аммонийного азота (NH₄⁺)_m после анаэробной зоны перед аэробной определен по формуле:

[7.33]

По формуле [7.33]:

Таким образом, в анаэробной зоне количество аммонийного азота можно уменьшить только за счет разбавления исходных сточных вод очищенной водой.

Максимальные допустимые концентрации нитритов и нитратов перед аэробной зоной (NO₂^-)_m и (NO₃^-)_m определяются исходя из следующих соображений. В аэробной зоне количество аммонийного азота должно уменьшиться с 6,97 мг/л до 0,39 мг/л. (6,97-0,39)=6,58 мг/л. Это количество (NH₄⁺) окислится, преобразуется в нитриты (NO₂^-) и нитраты (NO₃^-), а, значит, добавится к тому количеству (NO₂^-) и (NO₃^-), которое поступит в аэробную зону после анаэробной. На выпуске в водоем общее количество окисленных форм азота не должно превышать следующих величин: (NO₂^-)_ex =0,02 мг/л, (NO₃^-)_ex=9,1 мг/л, в сумме – 9,12 мг/л. Значит, из анаэробной зоны может выйти и быть подано в аэробную не более 2,54 мг/л азота нитритов и нитратов в сумме [(NO₂^-)_m + (NO₃^-)_m]=(9,12-6,58)=2,54 мг/л. Для расчета принимается (NO₂^-)_m=0,01мг/л, (NO₃^-)_m=2,53 мг/л. (Внимание! Количество нитритов и нитратов в отдельности не должно превышать их ПДК на выпуске: (NO₂^-)_m≤0,02 мг/л, (NO₃^-)_m≤9,1 мг/л).

В анаэробную зону нитриты и нитраты попадают только с циркулирующими потоками водно-иловой смеси (R_wi^.Q=3^.Q) и активного ила (R_i^.Q =0,5^.Q), с концентрациями в обоих потоках (NO₂^-)_ex=0,02мг/л, (NO₃^-)_ex =9,1 мг/л. В исходной воде расходом Q азот в окисленных формах отсутствует: (NO₂^-)_en=0, (NO₃^-)_en=0. Значит, при смешении исходной воды с циркулирующими потоками концентрации окисленных форм азота составят:

[7.34]

[7.35]

По формулам [7.34], [7.35]:

В анаэробной зоне концентрации окисленных форм азота должны быть снижены до допустимых к подаче в аэробную зону:

[7.36]

По формуле [7.36]:

[(0,016+7,1)–(0,01+2,53)]=7,116-2,54 = 4,58мг/л.

Это количество окисленного азота в анаэробной зоне перейдет в свободное (молекулярное) состояние N₂ и будет удалено в атмосферу (N₂= 4,58мг/л).

Все результаты вычислений наносятся на схему.

Проверка правильности расчетов.

По закону сохранения масс общее количество азота (во всех формах) должно сохраняться постоянным во всех точках системы: до анаэробной зоны с учетом разбавления циркулирующими потоками, между зонами, после аэробной зоны. ΣN^’_en=ΣN_m=ΣN_ex.

[7.37]

По формуле [7.37]:

[7.38]

По формуле [7.38]:

[7.39]

По формуле [7.39]:

Балансовая схема по азоту