Рециркуляция активного ила: внутренний и внешний коэффициенты

Два коэффициента, одно слово, две работы

На станции с активным илом слово «рециркуляция» охватывает не одну трубу. Две, несущие большую часть потока, — это внешняя рециркуляция, то есть осевший ил, отбираемый со дна вторичного отстойника и возвращаемый в голову биологической цепочки, и внутренняя рециркуляция, называемая также рециркуляцией иловой смеси или рециркуляцией нитрата, которая поднимает нитрифицированную жидкость из аэробной зоны обратно в аноксидную. Обе выражают отношением к поступающему расходу, и обе в разговоре называют коэффициентом рециркуляции — именно отсюда и начинается большая часть путаницы. Коэффициент рециркуляции активного ила — единый термин, охватывающий их обе вместе, поэтому первый вопрос на любой станции: к которой из двух относится число.

Эти две выполняют противоположную работу. Внешняя рециркуляция возвращает культуру: она удерживает популяцию организмов в системе, вместо того чтобы дать ей уйти с очищенной водой. Внутренняя рециркуляция возвращает окисленную форму азота, чтобы её можно было превратить в газ и удалить из воды. Насос, выполняющий вторую, не может выполнять первую, и регулировка одной, когда имелась в виду другая, двигает станцию не в ту сторону.

Коэффициент внешней рециркуляции: как задают возврат осевшего ила

Коэффициент внешней рециркуляции — та половина коэффициента рециркуляции активного ила, которую задают две концентрации: концентрация твёрдых частиц, при которой должна работать аэротенк, и концентрация возвращаемого ила. Там, где возвратный ил гуще, его нужно меньше, чтобы удержать ту же концентрацию в резервуаре, поэтому коэффициент — следствие этой пары чисел, а не число, выбранное первым. На практике коэффициент возврата ила при активном иле по этой причине никогда не бывает свободным проектным выбором, а поскольку нужную процессу концентрацию в резервуаре задают нагрузка и оседаемость вместе, коэффициент сдвигается всякий раз, когда сдвигается любая из них.

Концентрация возвратного ила следует из того, насколько хорошо ил оседает. Ил, который садится в густой нижний сброс, можно возвращать с меньшим коэффициентом; плохо оседающий ил возвращается в резервуар жидким, и коэффициент приходится поднимать, чтобы переместить ту же массу твёрдых частиц, — а это одновременно гонит по контуру больше воды. Именно поэтому изменение в поведении ила при оседании проявляется как изменение гидравлической нагрузки на отстойник, даже когда никто не трогал клапан.

Для традиционной станции обычно приводят коэффициенты порядка 0.5–1.0 от расхода исходного стока, и цифры такого рода — это то, что вообще дают в литературе и в опыте эксплуатации. Читать их следует как отправный метод, а не как спецификацию, потому что две концентрации за коэффициентом принадлежат илу и воде конкретной станции.

Прогоняйте внешний коэффициент слишком низко — и слой твёрдых частиц в отстойнике поднимается, потому что ил не отбирается со дна так быстро, как приходит; в конце концов слой доходит до выпуска, и твёрдые частицы уходят с очищенной водой. Прогоняйте слишком высоко — и отстойник гидравлически перегружен собственным возвратным илом: каждый возвращённый литр снова проходит через отстойник, — поэтому слой может быть выдавлен расходом, а не твёрдыми частицами. Оба конца диапазона дают твёрдые частицы в очищенной воде, поэтому один только симптом не говорит, на каком вы конце.

Коэффициент внутренней рециркуляции: как задают возврат нитрата

Вторая половина коэффициента рециркуляции активного ила — это внутренняя линия, и именно её чаще записывают как коэффициент рециркуляции иловой смеси для денитрификации. Она несёт иловую смесь, а не осевший ил, и несёт её из аэрируемой зоны в аноксидную, где азот фактически удаляется. Азот покидает станцию только тогда, когда нитрат-ион восстанавливается до газообразного азота и уходит, а это может произойти только там, где нитрат встречает аноксидные условия. Нитрат образуется в аэрируемой зоне, поэтому доля его, доходящая до аноксидной зоны, ограничена отношением расхода рециркуляции к расходу исходного стока.

Это делает коэффициент внутренней рециркуляции при очистке сточных вод функцией цели по азоту, а не ила. Станции, которой нужно достичь низкого значения общего азота, нужна большая доля возвращаемого нитрата; станции, работающей по мягкой цели по азоту или вообще без неё, линию совсем не нужно прогонять сильно. Исходить следует из массы азота, которую нужно удалить за сутки, и из доли нитрата, которую для этого нужно вернуть.

Для внутренней рециркуляции на станции, которая и нитрифицирует, и денитрифицирует, обычно приводят коэффициенты порядка от одного до четырёх от расхода исходного стока. Действует та же оговорка: это вообще приводимые цифры, и читать их следует как отправный метод, а не как спецификацию, потому что азотная нагрузка, температура воды и доступный в исходном стоке углерод все сдвигают ответ.

У этого коэффициента есть потолок, который легко упустить. Внутренняя рециркуляция несёт не только нитрат, но и воду, а эта вода должна пройти через аноксидную зону, а затем через аэрируемую, поэтому расход рециркуляции добавляется к гидравлической нагрузке на обе и к нужному им объёму. Поднимать насос выше точки, в которой аноксидная зона получает весь нитрат, который может восстановить, — значит добавлять циркуляцию, не добавляя удаления.

Растворённый кислород — второй потолок. Иловая смесь, покидающая аэрируемую зону, несёт с собой кислород, а кислород, приходящий в аноксидную зону, используется предпочтительно перед нитратом, что останавливает восстановление, ради которого эта зона и существует. Чем больше внутренняя рециркуляция, тем больше этого кислорода возвращается вместе с ней, поэтому коэффициент и растворённый кислород в аноксидной зоне нужно читать вместе.

Как рассчитать каждый коэффициент до выбора насоса

Расчёт коэффициента рециркуляции активного ила — это два расчёта, а не один, и второй не использует ответ первого. Оба исходят из измерений, которые станция может сделать, а не из таблицы.

• Запишите концентрацию твёрдых частиц в резервуаре, которая нужна процессу, и концентрацию, до которой ил фактически оседает. Внешний коэффициент следует из этих двух и ни из чего больше.
• Берите тест на оседаемость как исходный параметр, а не как проверку после. Изменение в том, как ил оседает, меняет внешний коэффициент даже тогда, когда концентрация в резервуаре не изменилась.
• Задайте цель по азоту как массу в сутки и определите долю нитрата, которая должна дойти до аноксидной зоны, чтобы её достичь. Внутренний коэффициент следует из этой доли.
• Проверьте, что аноксидная зона действительно может использовать. Внутренний коэффициент больше того, что зона может потребить, гоняет воду и кислород без удаления.
• Добавьте оба расхода рециркуляции к гидравлической нагрузке на резервуары и отстойник до того, как зафиксированы их объёмы, потому что каждый рециркулируемый литр проходит через них снова.
• Впишите оба коэффициента в баланс массы на стадии проекта, чтобы настройка на объекте была значением, к которому нужно привести, а не числом, которое нужно угадать.

Как выглядит перегруженный коэффициент на станции

Эти два коэффициента отказывают по-разному, и именно разделение симптомов делает настройку насоса полезной как управление, а не как догадку.

• Внешняя рециркуляция слишком низка: поднимающийся слой осадка, твёрдые частицы, уходящие с очищенной водой, и падающая концентрация в резервуаре. Взвешенные вещества в очищенной воде растут раньше, чем органический результат.
• Внешняя рециркуляция слишком высока: жидкий возвратный ил, отстойник, несущий больше воды, чем на него рассчитывали, и слой, выдавленный расходом, а не твёрдыми частицами. Энергия насоса растёт без прироста концентрации в резервуаре.
• Внутренняя рециркуляция слишком низка: нитрат, остающийся в очищенной воде, и результат по общему азоту, который не снижается, как бы хорошо ни работал остальной процесс, при том что аноксидная зона испытывает недостаток нитрата, а не углерода.
• Внутренняя рециркуляция слишком высока: растворённый кислород в аноксидной зоне и потеря удаления азота при том, что расход рециркуляции увеличивают, вместе с более высокой гидравлической нагрузкой на обе зоны и большей энергией на аэрацию, чтобы восполнить возвращённый кислород.
• Оба неверны сразу: твёрдые частицы и азот в очищенной воде одновременно, что читается как отказ процесса, а на деле чаще оказывается настройкой насоса, столкнувшейся с изменением ила.

Что записывать, чтобы коэффициент можно было задать заново

• Концентрацию твёрдых частиц в резервуаре и концентрацию возвратного ила, измеренные в один и тот же день и в одно и то же время.
• Результат теста на оседаемость и дату его проведения, потому что коэффициент, подходящий одному поведению ила, не подходит другому.
• Растворённый кислород в аноксидной зоне — показание, которое говорит, возвращает ли внутренняя рециркуляция кислород обратно.
• Нитрат или общий азот в очищенной воде, чтобы внутренний коэффициент задавали по результату, который он должен менять.
• Часы работы или расход каждого насоса рециркуляции, потому что коэффициент — это расход, а настройка, игнорирующая то, что насос фактически перемещает, — это проект на бумаге.

От двух коэффициентов к задаче насоса

Эти два коэффициента — связь между биологией, которую станция рассчитана удерживать, и насосами, которые для неё покупают. Таблица «Объём резервуара и время пребывания» показывает, как времена пребывания, заданные зонам, превращаются в объёмы, а заметка о зонах станции A²/O разбирает, что удаляет каждая зона и зачем вообще существует аноксидная. На мембранной станции та же внешняя рециркуляция удерживает культуру перед мембраной, что описано на странице интегрированного оборудования MBR. Расходы рециркуляции, подходящие вашей геометрии резервуара, вашему илу и вашей цели по азоту, подтверждают с заводом по вашему резервуару и вашему илу, а не берут из таблицы.