Процесс активного ила: четыре решения, которые задают объём аэротенка

Что удаляет процесс активного ила

Процесс активного ила — это биологическая ступень, применяемая на большинстве муниципальных сточных вод и значительной части промышленных. Его несут три части: аэротенк, где поток смешивается со взвешенной культурой микроорганизмов; вторичный отстойник, где эта культура отделяется от очищенной воды осаждением; и линия возврата, по которой осевший ил возвращается в аэротенк.

Эта популяция выполняет две работы: окисляет биоразлагаемую органику, которую описывают показатели БПК и ХПК, и, если ил удерживается достаточно долго, окисляет аммоний до нитрата. Именно нитрификация делает возраст ила проектным решением, а не эксплуатационным показателем. Третья работа — превращение нитрата в газообразный азот — требует зоны без растворённого кислорода и разбирается в статье про A²/O.

Четыре решения ниже — это проектные регуляторы этой культуры, и они не независимы: каждое записывает один и тот же баланс массы, поэтому фиксация одного в отрыве от остальных даёт аэротенк слишком малого объёма, с недостаточной аэрацией или не способный удержать собственные взвешенные вещества.

Решение первое: возраст ила в очистке сточных вод

Возраст ила — среднее время пребывания частицы взвешенных веществ в системе: масса взвешенных веществ в аэротенке и вторичном отстойнике, делённая на массу, выводимую за сутки, в сутках. Его также называют временем пребывания твёрдых частиц в системе, или SRT.

Это регулятор, который определяет большую часть остального. Малый возраст сохраняет культуру молодой и быстрорастущей: больше избыточного ила и нет времени на то, чтобы развились медленнорастущие организмы. Нитрификаторы растут медленнее организмов, удаляющих органику, поэтому станция, которая должна нитрифицировать, обязана удерживать ил достаточно долго, чтобы они сохранялись, а не вымывались; необходимый возраст растёт по мере охлаждения воды.

Обычно приводимые значения: для традиционного процесса активного ила примерно 5–15 суток, для продлённой аэрации примерно 20–30 суток. Эти диапазоны описывают распространённую практику, а не вашу воду, и их следует читать как отправной метод, а не как спецификацию. Необходимый станции возраст следует из требований к очищенной воде — нужно ли окислять аммоний и при какой зимней температуре, — а также из того, насколько хорошо ил оседает.

Как его определить: идите от норматива сброса назад — к самому медленнорастущему организму, который станция должна удержать при самой холодной воде, — а затем подтвердите его на работающей станции, где взвешенные вещества иловой смеси и суточный вывод избыточного ила дают фактически действующий возраст.

Решение второе: соотношение питания и микроорганизмов (F/M) в очистке сточных вод

Соотношение питания и микроорганизмов, почти везде записываемое как F/M, — это масса питания, поступающего за сутки, делённая на массу организмов, которые его потребляют: БПК, иногда ХПК, к взвешенным веществам иловой смеси, в килограммах БПК на килограмм MLSS в сутки.

F/M и возраст ила — один и тот же регулятор с двух сторон: удержите больше ила при той же нагрузке — соотношение падает, выводите больше ила — оно растёт. Высокое соотношение благоприятствует быстрому росту, объёмным хлопьям и большему выходу избыточного ила; низкое означает дефицит питания, более медленный рост, более стабильную культуру и легче удерживаемую нитрификацию — до того момента, когда хлопье становится точечным и медленно оседает.

Отправные значения, часто приводимые для традиционной станции, — около 0.2–0.4 кг БПК на кг MLSS в сутки, для продлённой аэрации ниже, порядка 0.05–0.15. Читайте их как отправной метод, а не как спецификацию: нагрузка в этом соотношении — ваш исходный сток, а не типовой.

Как его определить: соотношение редко бывает самостоятельной уставкой. Его рассчитывают по расчётной нагрузке и концентрации взвешенных веществ, которую будет держать аэротенк, и проверяют по эксплуатационному журналу — расход исходного стока и БПК вместе со взвешенными веществами иловой смеси. Там, где анализ исходного стока неопределён, таблица расчётного качества исходного стока показывает, каким цифрам стоит доверять.

Решение третье: коэффициент возврата активного ила

Коэффициент возврата — это расход осевшего ила, перекачиваемого из нижней части вторичного отстойника обратно в аэротенк, обычно выражаемый отношением к поступающему расходу. Без него организмы, выполняющие работу, уходят с избыточным илом, а популяция в аэротенке падает, пока процесс не откажет.

Коэффициент задаёт сразу две вещи: концентрацию взвешенных веществ иловой смеси, при которой работает аэротенк, поскольку возвращённый в заданный объём ил определяет эту величину, и гидравлическую нагрузку на вторичный отстойник, поскольку каждый возвращённый литр проходит через него дважды. Возвращайте слишком мало — и слой взвешенных веществ поднимается, пока они не начнут уходить с очищенной водой; слишком много — и вторичный отстойник перегружен, что выносит этот слой так же эффективно.

Коэффициент следует из нужной аэротенку концентрации взвешенных веществ и концентрации возвращаемого ила, а вторая — свойство ила, а не насоса. Оседаемость измеряют иловым индексом, и хорошо оседающий ил можно возвращать с меньшим коэффициентом. Для традиционной станции обычно приводят коэффициенты порядка 0.5–1 от расхода исходного стока, и коэффициент должен следовать за илом, который станция фактически наращивает.

Здесь стоит провести одну границу: линия возвратного ила — это не внутренняя рециркуляция, которая подаёт нитрифицированную жидкость в аноксидную зону. Обе называются рециркуляцией, но делают противоположное: одна возвращает культуру, другая возвращает нитрат.

Решение четвёртое: аэротенк на станции очистки сточных вод

Аэротенк — место, где первые три решения становятся конкретными. Его объём — это масса взвешенных веществ, которую станция должна удерживать, определяемая возрастом ила и нагрузкой, делённая на концентрацию взвешенных веществ иловой смеси, при которой будет работать аэротенк. Отсюда следуют два вывода, которые иначе выглядят как эмпирические правила: более высокая концентрация иловой смеси позволяет обработать ту же нагрузку в меньшем аэротенке, а более длительный возраст ила при фиксированной концентрации требует большего.

Объём — лишь половина решения. Аэротенк должен ещё и подавать кислород, а потребность в нём состоит из двух частей: углеродной, которая следует за фактически окисленной органической нагрузкой, и азотной, которая появляется, когда станция нитрифицирует. Окисление аммония до нитрата расходует фиксированное количество кислорода на килограмм азота — порядка 4.57 кг. Поэтому станции, от которой требуется нитрификация, нужно больше воздуха, чем дало бы одно удаление органики.

Обычно приводимые значения по иловой смеси — порядка 2 000–4 000 мг/л для традиционного процесса активного ила и 3 000–6 000 мг/л для продлённой аэрации. Читайте их как отправной метод, а не как спецификацию: реальный предел — та концентрация, которую ваш вторичный отстойник способен удерживать без выноса взвешенных веществ, и её определяют на станции, а не по таблице.

Как его определить: потребность в кислороде складывается из удалённой нагрузки и окисленного азота, а затем из эффективности переноса аэраторов на глубине этого резервуара, которая зависит от конкретного оборудования.

Почему эти четыре связаны

Изменение любого из четырёх отзывается на остальных трёх:

• Увеличьте возраст ила — аэротенк должен удерживать больше взвешенных веществ: при более высокой концентрации иловой смеси или в большем объёме.
• Увеличьте концентрацию иловой смеси — вместе с ней растёт коэффициент возврата, а это сильнее нагружает вторичный отстойник.
• Снизьте соотношение питания и микроорганизмов — удаление органики становится полнее, но появляется потребность в нитрификации и может вырасти потребность в воздухе.
• Выведите любой из трёх параметров за пределы того, при котором ил ещё способен оседать, — и взвешенные вещества уйдут через водослив, что бы ни было на чертеже.

Порядок работы отсюда следует: требования к очищенной воде задают возраст ила, возраст ила и нагрузка задают массу взвешенных веществ, вторичный отстойник задаёт концентрацию, которую он способен удержать, а масса вместе с концентрацией задаёт объём.

Типичные ошибки

• Подбирать аэротенк только по времени пребывания, тогда как два аэротенка с одинаковым временем пребывания удерживают очень разные количества биомассы.
• Задавать возраст ила, подходящий нитрификаторам при летней температуре, тогда как минимальный возраст для нитрификации растёт по мере охлаждения воды.
• Относиться к возврату ила как к подбору насоса.
• Брать соотношение только из расчётной нагрузки, тогда как измерением служит эксплуатационный журнал.
• Исходить из того, что станция будет работать при расчётной концентрации иловой смеси, когда вторичный отстойник её не удерживает.
• Оставлять вторичный отстойник за рамками расчёта: его площадь задаёт верхний предел концентрации, которую способна нести технологическая цепочка.
• Копировать возраст ила со станции на другой воде, тогда как возраст, концентрация и оседаемость идут вместе.

Самопроверка перед фиксацией чисел

• Требование к очищенной воде записано как то, что нужно удалить — органика, аммоний, азот, фосфор, — а не как название технологии?
• Расчётная температура — самая холодная, при которой станция будет работать?
• Возраст ила в очистке сточных вод задан исходя из самого медленнорастущего организма, который станция должна удержать при этой температуре?
• Концентрация иловой смеси — такая, которую способен удержать вторичный отстойник, и проверена ли она по ожидаемому иловому индексу?
• Коэффициент возврата активного ила выведен из целевой концентрации и концентрации возвратного ила?
• Соотношение питания и микроорганизмов в очистке сточных вод рассчитано по расчётной нагрузке и иловой смеси, которую аэротенк будет фактически удерживать?
• Потребность в кислороде построена отдельно по углеродной и по азотной нагрузке?
• Оценён ли выход избыточного ила, чтобы была известна нагрузка на вывод и обезвоживание?
• Аэротенк на станции очистки сточных вод подобран по массе взвешенных веществ и концентрации вместе, а не по времени пребывания?

От четырёх чисел к аэротенку

Четыре решения заканчиваются объёмом, концентрацией и потребностью в воздухе. Таблица объёма резервуара и времени пребывания превращает время пребывания в объём резервуара, а руководство по подбору и расчёту станции разбирает ту же тему от расчётного расхода и норматива сброса. Там, где задача достаточно мала, чтобы изготовить её одним блоком, страница интегрированного оборудования MBR рассматривает мембранный вариант того же процесса. Какую часть вашей задачи закрывает одна установка, подтверждают с заводом для вашего расчётного расхода, анализа исходного стока и норматива сброса, а не берут из таблицы.