Способ управления процессом биологической очистки сточных вод в коридорных аэротенках Советский патент 1993 года по МПК C02F3/02 G05D27/00 

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

Целью предполагаемого изобретения является повышение эффективности очистки сточных вод упрощение процесса управления.

Поставленная цель достигается тем. что в известном способе управления процессом биологической очистки сточных вод в коридорных аэротенках, включающем измерение 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 объема аэротенка и степень .рециркуляции активного ила, измеряют температуру осветленной воды, концентрацию органических загрязнений в очищенной во- де и регулируют величину полезного объема 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:

аэр

L-lr

К Q

а Н В L ( 1 + RI )

:-еп

10,25

О2 t Ze

где 1аэр - длина аэротенка, м;

L - общая длина комплекса аэротенк- генератор, м;

1Г - длина регенератора, м; 1С-- -к0эффициент пропорциональности, равный 70,0;

Q - расход сточных вод, тыс.м3/сут;

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

,.

т

а

-- коэффициент полезноRr

WTeop.

ro использования объема аэротенка, в долях единицы,

где ТА - среднее статистическое значение времени прохода жидкости через сооружение, мин;

Т - теоретическое время пребывания жидкости в сооружении, мин;

Wnon- полезный объем аэротенка, тыс. м ;

WTeop - теоретический объем аэротен- каб тыс.м ;

Н - глубина аэротенка. м;

В - ширина аэротенка, м; Рвозб

степень рециркуляции актив-

ного ила, в долях единицы.

где двозб - расход возвратного ила,

тыс.м /сут.

Значение RI может быть также определено по формуле55

ai

1000 Ji

0,3

-ai

5Ю

15

20

25

30

35

40

45

gQ

55

где ai - доза ила в аэротенке, г/л:

Ji - иловый индекс, см3/г:

Q - концентрация растворенного кислорода в аэротенке, мг/л;

t - температура осветленной воды, °С;

Zex биохимическая потребность кислорода (ВПК полн.) очищенной воды, мг/л.

Преимуществом предлагаемого способа по сравнению с прототипом является то. что он позволяет регулировать полезные объемы регенерационной и аэрационной зон 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 взаимосвязь контролируемых характеристик режима эксплуатации сооружений. Кроме того способ упррщает 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 поступающих сточных вод на изменение гидравлических характеристик сооружения. (Денисов А,А. Исследование влияния эффективности работы горизонтальных отстойников при очистке нефтесодержащих сточных вод. Автореф.дисс. на со- иск.уч.степени канд.техн.наук. М., 1979 г.). Однако известный способ неприемлем для управления процессом очистки сточлых 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 окисления органических веществ. Из графика видно, что с увеличением полезной емкости аэротенка происходит резкое снижение ВПК - Zex. Причем повышение эффективности очистки происходит

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. Влияние этого фактора более плавное по характеру и несколько меньшее по абсолютной величине.

На фиг. 3 дана иллюс трация влияния температурного параметра в сочетании с воздействием концентрации растворенного кислорода на степень очистки. Как видно из графика, температура оказывает более существенное воздействие на процесс очистки в сравнении с растворенным кислородом.

На фиг. 4 представлены зависимости регулирующего воздействия (1аэр.) на интен- сивность очистки сточных вод. Эти зависимости являются результирующими закономерностями, отражающими комплексное, суммарное воздействие факто- ров, участвующих в процессе. Графики построены для значений 0 75-250 тыс.м3/сут; ,5-0.91; мг/л; мг/л; t 18°C; мг/л; ,3. Зависимости по- казывают, что с ростом производительности сооружений и повышением коэффициента полезного использования объема аэротенка следует применять наиболее интенсивное воздействие регулирующим элементом. Так, например, если в аэротенках неболь- шой производительности с коэффициентом полезного использования объема а 0,5-0,7 диапазон изменения регулирующего воздействия лежит в пределах 1азр 120-225 м, то в высоконагружаемых аэротенках с сИЗ.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 ээротенках-с.месителях. Поэтому, увеличивая длину аэрационной зоны со- оружения, обеспечивают благоприятные условия для идеализации структуры потока (повышения значений критерия Пекле).

На фиг, 5 представлена секция коридорного аэротенка, в котором может быть pea- лизован предлагаемый способ.

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

Аэротенки оснащены впуском .1. про- дольными 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 азриро- ванием 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 сооружениях небольшой производительности возможно применение передвижного скользящего подлине 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 впуск 1 поступают в распределительный поток (канал) 2, оборудованный шиберами (за- 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 5 составляют величину, равную 0,2-0.3 L В практических условиях соотношение размеров регенератора - 12 и комплекса регенератор-аэротенк - L находятся в пределах .3-0,5. Варьированием размеров зоны 5 достигается регулирование полезного объема аэротенка, в результате чего обеспечивается оптимальное соотношение величины Ri-степени рециркуляции возвратного активного ила, поступа- ющего через водослив 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 иловой смеси осуществляется через прямоугольный водослив 7. Расход сточных вод и возвратного активного ила замеряют при помощи серийно выпускаемых приборов, например таких как индукционные расходомеры. Концентрация 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 ВПК и УФ-показателя для сточных вод Курьяновской станции аэрации составляет 0,902. Применение этого метода позволит оперативно, с достаточной точностью, проводить определение ВПК за несколько минут вместе 5 суток, Кроме того, контроль легко автоматизируется. Для измерения концентрации растворенного кислорода 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 управления процессом 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 азротенка 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 ХА. Отношение этой величины к теоретическому времени прохождения потока через сооружение Т характеризует его гидравлическую эффективность. Для определения коэффициента полезного использования аэротенков на каждом конкретном сооружении необходимо проводить дорогостоящие (в частности, с использованием радиоактивных изотопов) и тщательные

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:

15

a ,

1 Н

: Т Wreop

BL

где Q - расход сточных вод, м /сут;

Н В L-геометрические размеры сооружения, м;

а-коэффициент использования объема аэротенка.

На фиг. 6 видно, что изменение полезной емкости сооружения (коэффициента полезного использования объема) - о. в зависимости от расхода сточных Q вод и геометрических размеров аэротенка не подчиняется линейной регрессии, а происходит в соответствии с закономерностью, близкой к гиперболической функции.

Конкретные примеры осуществления способа.

П р и м е р 1. Сточные воды с концентрацией органических загрязнений мг/л поступают ааэротенк, имеющий 8 секций, размером м; м; м. Общий расход сточных вод млн.м3/сут. Расход сточных вод на каждую секцию - 125

тыс.м /сут. Коэффициент использования объема аэротенка а 0,64. Степень рециркуляции активного ила ,3; концентрация растворенного кислорода в иловой смеси мг/л; температура осветленной воды

.

В положении впуска осветленных вод в аэротенке м обеспечивается требуемое качество очищенных сточных вод. 2ех 20мг/л.

В определенный период резко увеличивается приток сточных вод до величины тыс.м3/сут на каждую секцию аэротенка при соблюдении прежних технологических показателей и требований к качеству

очистки ( мг/л). Определяем новое месторасположение узла регулирующего воздействия.

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

0,81.14. Далее, используя предлагаемое соотношение, находим аэр.197,4 м. Учитывая кратность расстояния (шага) между осями шиберов, равную 20 м, принимаем 1аэр. 200 м. Следовательно, расположение впуска сточ- .ной воды в аэротенк (по ходу движения потока) должно находиться на расстоянии, равном ЫаЭр.г 320-200 120 м.

П р и м е р 2. Сточные воды с концентрацией.органических загрязнений мг/л поступают в аэротенк, имеющий 4 секции указанных выше размеров. Общий расход сточных вод тыс.м3/сут; ,64; ,3; мг/л; .

В положении впуска осветленных вод в аэротенк 1аэр.160 м обеспечивается требуемое качество очищенных сточных вод

МГ/Л.

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

В соответствии с вышеприведенной методикой 1аэр.126,9 м. По кратности шага между шиберами назначается 1аэр.140 м.

П р и м е р 3. При условиях, указанных в примере 2, произошло снижение температуры сточных вод до величины . Размер аэр для условий неизменности качества очистки в этом случае равен 180 м.

П р и м е р 4. При условиях, указанных в примере 1, возросли требования к качеству очистки сточных вод до мг/л. В этом случае ,8 м. С учетом гарантии выполнения указанных требований, а также шага между шиберами аэр.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 продолх ительность и качество процессов биосорбации и минерализации органических веществ. Диапазон применения способа охватывает круг взаимодействия основных технологических факторов.

Формула изобретения

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

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

степень рециркуляции активного ила, измеряют температуру осветленной воды, концен- трацию органических загрязнений в очищенной воде и регулируют величину по- лезногр объема аэротенка в зависимости от

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

t . „ Q О + RQ 1азр L - 1г К-„,,„, X

а Н В L

25

-en

10,25

02 t Ze

5

0

где 1аэр. - длина аэротенка, м;

L - отЗщая длина комплекса аэротенк- Q регенератор, м;

1Г-длина регенератора, м; К - коэффициент пропорциональности размерный, равный 41,5 10 сут м х х мг/л°СГ;

Q - расход сточных вод, тыс м 3/сут;

р. увозо степень рециркуляции активного ила, в долях единицы, где Щвозб расход возвратного ила, тыс х х м3/сут;

или RI

31

1000 Ji

0,3 ,

-Э|

где ai - доза ила в аэротенке, г/л; li - иловый индекс. см3/г;

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

а -у поп- - коэффициент полеэно- I Wreop.

го использования объема аэротенка, в долях единицы;

где ТА - среднее статистическое значение времени прохода жидкости через сооружение, мин;

Т - теоретическое время пребывания жидкости в сооружении, мин;

Nnon полезный объем аэротенка, тыс х х м3;

WTe0p- теоретический объем аэротенка, тыс м ;

Н - глубина аэротенка. м;t - темпеоатуоа осветленной воды, °С; В - ширина аэротенка. м; Zex-биохимическая потребность кисло- 02 - концентрация растворенного кис- рода БПКполн) очищенной воды. мг/л. порода ваэротенке, мг/л;

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, измеряюттем- пературу 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 аэротенк- регенератор, м; lr -.длина регенератора, м; К - коэффициент пропорциональности, равный 70,0; Q - расход сточных вод, тыс. м3/сут, Zen - БПКполн. поступающей в аэро- тенк 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

-ех,лгг//)

Фиг.1

Ј

сх, мг/л

0.3Ofi 0,5

Ф1/&2

0.6

, мг/л

Фи 8.3

Фиг. 5