Способ управления процессом биологической очистки сточных вод в коридорных аэротенках

 

Изобретение относится к биологической очистке сточных вод и может быть использовано на станциях аэрации для очистки городских и промышленных сточных вод. Сущность: в способе одновременно определяют коэффициент полезного использования объема аэротенка и степень рециркуляции активного ила, измеряюттемпературу осветленной воды, концентрацию органических загрязнений в очищенной воде и регулируют величину полезного объема аэротенка в зависимости от расхода сточных вод, возвратного активного ила, степени рециркуляции и требуемого качества очищенной воды, включением впуска воды, месторасположение которого определяется исходя из следующих соотношений1аэр L-lr (o:- H В L(1 +RI)1) x Zen/02tZex 1/4, где 1аэр - длина аэротенка, м; L - общая длина комплекса аэротенкрегенератор, м; lr -.длина регенератора, м; К - коэффициент пропорциональности, равный 70,0; Q - расход сточных вод, тыс. м3/сут, Zen - БПКполн. поступающей в аэротенк осветленной сточной воды, мг/л; сг tA/T Wnofl/Wreop - коэффициент полезного использования объема аэротенка в долях единицы, где Т.А - среднее статистическое значение времени прохода жидкости через сооружение . мин;Т-теоретическое время пребывания жидкости в сооружении, мин; Л/пол - полезный объем аэротенка, тыс.м ; VWeop теоретический объем аэротенка, тыс. м3; Н - глубина аэротенка. м; В - ширина аэротенка. м; RI Чвозб/О. - степень рециркуляции активного ила, в долях единицы, где Явозб - расход возвратного ила. тыс. м /сут; или Ri ai/(1000/li)-ai 0,3, где ai - доза ила в аэротенке, г/л; li - иловый индекс, см /г; 02 - концентрация растворенного кислорода в азротенке, мг/л; t - температура осветленной воды, °С; Zex - БПК полн. очищенной воды. мг/л. 6 ил. 3 СО с 00 ел ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (! 9) (I I) ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОГ1ИСАНИЕ ИЗСБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) .4877520/26 (22) 25. 10.91 (46) 15.05.93. Бюл. М 18 (71) Московский научно-исследовательский и проектно-изыскательский ин титут "МосводоканалНИИпроект" (72) Г.Г. Иванов, Ю,Ф. Эль и А.В. Александров (56) Попкович Г.С. и др. Системы аэрации сточных вод.- М., Стройиздат, 1986, с. 114115, Авторское свидетельство СССР

М 941313. кл. С 02 F 3/02, 1982. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ

ВОД В КО РИДО Р Н ЫХ АЭ РОТЕ Н КАХ (57) Изобретение относится к биологической очистке сточных вод и может быть использовано на станциях аэрации для очистки городских и промышленных сточных вод. Сущность: в способе одновременно определяют коэффициент полезного использования объема аэротенка и степень рециркуляции активного ила, измеряюттемпературу осветленной воды. концентрацию органических загрязнений в очищенной воде и регулируют величину полезного объема аэротенка в зависимости от расхода сточных вод, возвратного активного ила, степени рециркуляции и требуемого качества

Изобретение относится к биологической очистке сточных вод и может быть использовано на станциях аэрации.

Целью предполагаемого изобретения является повышение эффективности очистtsi)s С 02 F 3/02, G 05 0 27/00 очищенной воды, включением впуска воды, месторасположение которого определяется исходя из следующих соотношений4 р=

=1 — Ir = К(0/(а Н В L(1+ Rt) ))

x(Zen/02tZex), где аэр длина азротенка, 1/4 м; 1 — общая длина комплекса "аэротенкрегенератор", м; Ir — длина регенератора, м; К вЂ” коэффициент пропорциональности, равный 70,0; Q — расход сточных вод, тыс. м /сут, Zen — 6I1Knoan. поступающей в аэро3 тенк осветленной сточной воды, мг/л; а=

= tAIТ= Wnon/Wreop — коэффициент полезного использования объема аэротенка в долях единицы, где tA — среднее статистическое значение времени прохода жидкости через сооружение, мин: Т-теоретическое время пребывания жидкости в сооружении, мин; .Я

Wnoa — полезный объем аэротенка, тыс.м;

Wreop теоретический объем аэротенка, тыс.м; Н вЂ” глубина аэротенка,м; В— э. ширина аэротенка, м; Ri= = qaoa6/О— степень рециркуляции активного ила, в долях единицы, где оаяаь — расход возвратного ила, тыс. м /сут; или R =. a /((1000/I>)-а ) 0,3, где al — доза ила в аэротенке, г/л; l — иловый индекс, см /г;; с у

02 — концентрация растворенного кисло- а рода в аэротенке, мг/л; t — температура,, (Я осветленной воды, С; Zex — БПК полн. очищенной воды, мг/л. 6 ил. ф

° аювй . ки сточных вод; упрощение процесса управ- л ения.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе управления процессом биологической очистки сточных вод в коридорных аэротенках, включающем измере1815246 где ai — доза ила в аэротенке, r/ë:

Jl — иловый индекс, см /г:

0 — концентрация растворенного кислорода в аэротенке, мг/л;

t — температура осветленной воды, С;

Zg)(биохимическая потребность кислорода (БПК полн.) очищенной воды, мг/л.

Преимуществом предлагаемого спосо10 бэ по сравнению с прототипом является то, что он позволяет регулировать полезные объемы регенерационной и аэрационной эон коридорных аэротенков, оперативно находить оптимальные соотношения технологических параметров процесса окисления органических веществ, дает возможность снизить энергоемкость процесса за счет более полного использования растворенного кислорода, обеспечивает четкую взаимо20 связь контролируемых характеристик режима эксплуатации сооружений. Кроме того способ упрощает процесс регулирования.

Предлагаемый способ позволяет повысить эффективность и качество очистки за счет использования при управлении новых свойств регулирования процесса, Известен также способ управления процессом механической очистки сточных вод, в котором учитывается влияние расхода по0 ступающих сточных вод на изменение гидравлических характеристик сооружения. (Денисов А,А. "Исследование влияния эффективности работы горизонтальных отстойников .при очистке нефтесодержащих

5 сточных вод". Автореф.дисс. на соиск,уч.степени канд. техн. наук. MÄ 1979 г.).

Однако известный способ неприемлем для

К Q

laap — - ly (О, т Тк1 где laap — длина аэротенка, м;

L — общая длина комплекса иаэротенкгенератор", м;

1г — длина регенератора, м;

К- †коэффицие-ттропорциональности, 3 равный 70,0;

Q — расход сточных вод, тыс,м /сут;

Zen — БПКполн. поступающей в аэротенк осветленной сточной воды, мг/л; а — — коэффициент полезно1а пол. 3 теор., ro использования объема аэротенка, в долях единицы, где тд — среднее статиСтичЕСкОЕ ЗНачЕНиЕ времени прохода жидкости через сооружение, мин;

Т вЂ” теоретическое время пребывания жидкости в сооружении, мин;

И4оп- полезный объем аэротенка, тыс. м1;

%теор — теоретический обьем аэротенкаб тыс.м;

Н вЂ” глубина аэротенка. м;

8 — ширина аэротенка, м;

Цвозб

R = степень рециркупвции актива ного ила, в долях единицы, где уо б — расход возвратного илэ, тыс.м /сут. .Значение Ri может быть также определено по формуле 5

Ri — 1000 0,3, э > — Gj

Ji ние расхода сточных вод и возвратного активного ила, измерение концентрации органических загрязнений в поступающей воде и определение концентрации растворенного кислорода в аэротенке, одновременно определяют коэффициент полезного использования обьема аэротенкэ и степень .рециркуляции активного ила, измеряют температуру осветленной .воды, концентрацию органических загрязнений в очищенной воде и регулируют величину полезного обьема аэротенка в зависимости от расхода сточных вод, возвратного активного ила, степени рециркуляции требуемого качества очищенной воды, включением впуска воды, месторасположение которого определяется исходя из следующих соотношений: — 1 х а Н 8 L(1+RE) управления процессом очистки сточных вод в аэрационных сооружениях ввиду разнородности процессов и отсутствия аналогии в характеристиках механической очистки и биотехнологии.

Таким образом предлагаемый способ по сравнению с известными, обладает новыми свойствами, обеспечивающими положительный эффект, а именно повышение эффективности очистки сточных вод и упрощение процесса управления, что свидетельствует о существенных отличиях способа и его новизне.

На фиг, 1 — 4 приведены графические иллюстрации влияния указанных свойств регулирования на эффективность процесса

Очистки.

На фиг. 1 приведена зависимость влияния изменения полезной емкости аэротенка на степень окйсления органических веществ. Из графика видно, что с увеличением полезной емкости аэротенка происходит резкое снижение БПК вЂ” Z,„. Причем повышение эффективности очистки происходит

1815246 наиболее заметно в интервале увеличения полезной емкости сооружения а-" 0.5-0,7.

На фиг. 2 представлена зависимость изменения эффекта очистки от степени рециркуляции активного ила. Влияниеэтогофактора более плавное по характеру и.несколько меньшее по абсолютной величине, На фиг. 3 дана иллюстрация влияния температурного параметра в сочетании с воздействием концентрации растворенного кислорода на степень очистки. Как видно иэ графика, температура оказывает более существенное воздействие на процесс очистки в сравнении с растворенным кислородом.

На фиг. 4 представлены зависимости регулирующего воздействия (Ie>p.) на интенсивность очистки сточных вод, Эти зависимости являются результирующими закономерностями,. отражающими комплексное, суммарное воздействие факторов, участвующих в процессе. Графики построены для значений 0=75 — 250 тыс.м /сут; з а=0,5-.0,91; Zex=5.30 мг/л; Zen=.150 мг/л;

t=18 С; Oz=4 мг/л; 8 =0,3. Зависимости показывают, что с ростом производительности сооружений и повышением коэффициента полезного использования объема аэротенка следует применять наиболее интенсивное воздействие регулирующим элементом.

Так, например, если в аэротенках небольшой производительности с коэффициентом полезного использования объема a= 0,5-0,7 диапазон изменения регулирующего воздействия лежит в пределах Ieap=120 225 м, то в высоконагружаемых аэротенках с а=0,7-0,9 эта величина равна 170 340 м.

С повышением гидравлической нагрузки на аэротенки увеличение длины "плеча" регулирования необходимо с гидродинамической точки зрения, так как при одинаковых объемах сооружений наибольшая степень превращений органических веществ может быть получена в аэротенках-вытеснителях, меньшая — в аэротенках-смесителях. Поэтому, увеличивая длину аэрационной зоны сооружения, обеспечивают благоприятные условия для идеализации структуры потока (повышения значений критерия Пекле).

На фиг.5 представлена секция коридорного аэротенка, в котором может быть реализован предлагаемый способ.

На фиг. 6 — графическая иллюстрация зависимости для практического использования.

Аэротенки оснащены впуском 1, продольными фильтросными каналами 2, обеспечивающими подачу и распределение воздуха подлине и объему сооружения. Возможны варианты с продольно-поперечной укладкой фильтросных пластин, а также применение систем с механическим азрированием иловой смеси, Подача и распределение поступающих в аэротенки осветленных сточных вод осуществляется при помощи лотков 2 (либо каналов) ° оборудованных узлом впуска сточных вод в сооружение, расположение которого изменяется по длине комплекса "аэротенк — регенератор" в соответствии с предлагаемым соотношением, Узлы впуска снабжены шиберами 3, 4, либо щитовыми затворами, либо имеют иное конструктивное исполнение (например, на соо5 I0 ружениях небольшой производительности возможно применение передвижного

"скользящего" по длине сооружения впуска, оборудованного механическим приводом).

Распределение возвратного активного ила производится через впуски,.оборудованные регулируемыми щитовыми затворами(шиберами) 3, 4. Подача и распределение воздуха осуществляется с помощью воздуховодов(на чертеже не показаны), оснащенных узлами подсоединения к фильтросным каналам 2.

Аэротенки имеют зону регулирования 5 и водосливы 6 и прямоугольный водослив 7

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом, Сточные воды через творами) 3 и 4. При осуществлении управления процессом очистки сточных вод один из шиберов, например 3, находится в открытом состоянии (при закрытых других — позиция 4).

По мере регулирования процесса производится попеременное включение одного из закрытых шиберов 4, месторасположение которого определяется в соответствии с предлагаемым соотношением. Размеры зоны регулирования " составляют величину, равную 0,2 — 0,3 L, В практических условиях соотношение размеров регенератора — lz u. комплекса "регенератор-аэротенк" — L uaxoдятся о пределах Ir=0.3-0,5. Варьированием размеров зоны 5 достигается регулирование полезного объема аэротенка, о результате чего обеспечивается оптимальное соотношение величины Ri-.степени рециркуляции возвратного активного ила, поступающего через оодослив 6, и создаются необходимые условия по достижению требуемого качества очищенных вод, определяемого по концентрации органических загрязнений

Zex и растворенного кислорода 02 в иловой смеси аэротенка. Выпуск илооой смеси осуществляется через прямоугольный водослив 7. Расход сточных оод и возвратного

55 активного ила замеряют при помощи серийно выпускаемых приборов, например таких как индукционные. расходомеры. Концентвпуск 1 поступают в распределительный по30 ток (канал) 2, оборудованный шиберами (за1815246

10

30 рация загрязнений сточных вод (Zen и Zex) определяется в соответствии со стандартными методами контроля качества воды. В последнее время находит широкое распространение метод оперативного определения концентрации органических загрязнений сточных вод при помощи УФ-спектроскопии на базе приборов СФ-46, выпускаемых отечественной промышленностью. По результатам исследований, выполненных институтом "МосводоканалНИИпроект", корреляция БПК и УФ-показателя для сточных вод Куфьяновской станции аэрации составляет 0,902. Применение этого метода позволит оперативно, с достаточной точностью, проводить определение БПК за несколько минут вместе 5 суток, Кроме того, контроль легко автоматизируется. Для измерения концентрации растворенного киспорода может быть применен прибор К-215, учитывая, что на выходе этого прибора стоит стандартный электронный потенциометр. В настоящее время создан прибор для оперативного определения концентрации кислорода, разработанный НПО "Биофармавтоматика", Все операции выполняются параллельно и одновременно.

Сущность способа уп ра вл ения и роцессом заключается в определении и реализации оптимального соотношения между количеством. поступающих загрязнений (по их расходу и концентрации), полезной емкостью аэротенка и степенью рециркуляции активного ила при обеспечении в заданных пределах температуры осветленной воды, концентрации растворенного кислорода в .иловой смеси аэротенка и концентрации органических примесей в очищенной воде.

Показатель степени использования емкости аэротенка (коэффициент полезного использования объема) определяется на основании функциональной зависимости плотности распределения вероятности времени пребывания элементов потока жидкости при трассировании аэротенков, характеризуемой С-кривой распределения времени пребывания (кривой отклика на импульсное возмущение), На основе С-кривой определяются среднестатистическое значение распределения (математическое ожидание) фактического времени пребывания жидкости в сооружении tA. Отношение этой величины к теоретическому времени и рохождения потока через сооружение Т характеризует его гидравлическую эффективность. Дпя определения коэффициента полезного использования аэротенков на каждом конкретном сооружении необходимо проводить дорогостоящие (в частности, с использованием радиоактивных изотопов} и тщательные

55 трассирования потока с последующими громоздкими и сложными вычислительными работами, программы для выполнения которых на ЭВМ на современном этапе лишь находятся в стадии подготовки.

На основании экспериментальных исследований (выполненных институтом "МосводоканалНИИпроект") на действующих очистных сооружениях, получена зависимость изменения коэффициента полезного использования рабочего объема аэротенка от расходных характеристик сточных вод и конструктивных размеров аэротенков. За висимость имеет вид: а =т = = 0,337

tA wnon.

ВИеор Н В L где 0 — расход сточных вод, м /сут; з

Н В L — геометрические размеры сооружения, м; а- коэффициент использования объема аэротенка, На фиг. 6 видно, что изменение полезной емкости сооружения (козффициента полезного использования объема) — a в зависимости от расхода сточных 0 вод и геометрических размеров аэротенка не подчиняется линейной регрессии, а происходит в соответствии с закономерностью, близкой к гиперболической функции.

Конкретные примеры осуществления способа.

Пример 1. Сточные воды с концентрацией органических загрязнений 2,„=150 мг/л поступают в.аэротенк, имеющий 8 секций, размером Н=6 м; В=18 м; L=320 м. Общий расход сточных вод 0=1 млн.м /сут.

Расход сточных вод на каждую секцию — 125 тыс.м /сут. Коэффициент использования объема аэротенка а= 0,64. Степень рециркуляции активного ила Ri=0,3; концентрация растворенного кислорода в иповой смеси

0z=6 мг/л; температура осветленной воды

t=18 С.

В положении впуска осветленных вод в аэротенке дар= — 160 м обеспечивается требуемое качество очищенных сточных вод. ех=20 м г/и, В определенный период резко увеличи.вается приток сточных вод до величины

Q=200 тыс,м /сут на каждую секцию аэротенка при соблюдении прежних технологических показателей и требований к качеству очистки (Zex=20 мг/л). Определяем новое месторасположение узла регулирующего воздействия.

В соответствии с предложенной методикой (соотношение, либо график фиг, 6), 1815246

--0,81.14. Далее, используя предлагаемое соотношение. находим !аар.=197,4 м. Учитывая кратность расстояния (шага) между осями шиберов, равную 20 м, принимаем leep.= 200 м.

Следовательно, расположение впуска сточ.ной воды в азротенк (по ходу движения потока) должно находиться на расстоянии, равном саар.= Iã=320-200=120 м.

Пример 2. Сточные воды с концентрацией. органических загрязнений Еех=150 мг/л поступают в аэротенк, имеющий 4 секции указанных выше размеров, Общий расход сточных вод 0=500 тыс.м /сут; a=0,64;

В =О,З; Os=6 м г/л; 1=18 С.

В положении впуска осветленных вод в аэротенк !аар.=160 M обеспечивается требуемое качество очищенных сточных вод

Zex-20 мг/л.

В определенный период в соответствии с технологическим режимом была повышена степень рециркуляции активного ила до величины В!=0,6. Определяем новое месторасположение узла регулирующего воздействия при условии соблюдения требуемого качества очистки.

В соответствии с вышеприведенной методикой !аар.=126,9 м. По кратности шага между шиберами назначается !аар. 140 м.

Пример 3. При условиях, указанных в примере 2, произошло снижение температуры сточных вод до величины t--10оС. Размер !аар для условий неизменности качества очистки в этом случае равен 180 м.

Пример 4, При условиях, указанных в примере 1, возросли требования к качеству очистки сточных вод до Еех=10 мг/л. В этом случае !аар=185,8 м. С учетом гарантии выполнения указанных требований, а также шага между ш иберами !аар.=200 м.

Таким образом, предлагаемый способ управления процессом биологической очистки сточных вод по сравнению с прототипом позволит повысить эффективность очистки сточных вод, упростить процесс управления.

Кроме того способ позволит увеличить. надежность хода процесса очистки и снизить его энергоемкость. Предлагаемый способ позволит отказаться от системы регулирования подачи воздуха непосредственно на отдельных воздухонагнетательных агрегатах, даст возможность гибко и оперативно изменять продолжительность и качество процессов биосорбации и минералиэации орган!лческих веществ. Диапазон применения способа охватывает круг взаимодействия основных технологических факторов.

Формула изобретения

Способ управления процессом биологической очистки сточных вод s коридорных аэротенках, включающий измерение расхода сточных вод и возвратного активного ила, измерение концентрации органических загрязнений в поступающей воде и определение концентрации растворенного кислорода

5 в аэротенке. отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности очистки сточных вод, упрощения процесса управления, одновременно определяют коэффициент полезного использования объема аэротенка и

10 степень рециркуляции активного ила, измеряют температуру осветленной воды, концентрацию органических загрязнений в очищенной воде и регулируют величину полезного объема аэротенка в зависимости от

15 расхода сточных вод, возвратного активного ила, степени рециркуляции и требуемого качества очищенной воды, изменением местоположения подвода очищаемой воды, которое определяется из соотношения

20 ! азр I- !г=К,HВ! х

02 т Zåõ где !аар. — длина аэротенка, м;

L — общая длина комплекса "аэротенк30 регенератор

Ir — длина регенератора, м;

К вЂ” коэффициент пропорциональности размерный, равный 41,5 10 сут м х х (мг/л С);

Q — расход сточных вод, тыс м /сут; з

Rl= степень рециркуляции актив ного ила, в долях единицы, где цаоа6 — расход возвратного ила, тыс х

40 х /сут; з а или Ri 100 )0,3, J! — Bj где а; — доза ила в аэротенке, г/л;

li — иловый индекс, см /г; з

Zen — БПКполн поступающей .в аэротенк осветленной сточной воды, мг/л;

a = — — — коэффициент полезно4 0пол.

Т VAeap.

50 го использования объема аэротенка, в долях единицы; где .tA — среднее статистическое значение времени прохода жидкости через сооружение, мин;

Т вЂ” теоретическое время пребывания жидкости в соору>кении, лин;

У/пол — полезный объем аэротенка, тыс х хм;

М/теор теоретический обьем аэротенка, тыс м;

1815246

28

<, пг/л (0 аз

06

Н вЂ” глубина аэротенка. м;

 — ширина аэротенка, м;

02 — концентрация растворенного кислорода в аэротенке, мг/л;

0,9

@us. 2

t — темпеоатуоа осветленной воды, С;

Z«биохимическая потребность кислорода (БПКррдн) очищенной воды, мг/л.

Мюм

4/вюр

20 (0

20 зоо гао

Фиа4 åõ, мг/л

Per, юг/ю за

1815246

0d = тамг/л дг Реггей

0g = Юнгй

1815246 (О

0,5

0,9

КВЬ

4 2

Корректор:Н. Милюкова

Редактор

Заказ 1617 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

«М/пол

И/

Составитель Г.Иванов

Техред M. Moðãåíòàë