Очистка сточных вод в аэротенках.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА
ОСАЖДЕНИЯ ИЛА ВО ВТОРИЧНОМ ОТСТОЙНИКЕ Неотъемлемой частью сооружений биохимической очистки сточных вод являются отстойники (вторичные), предназначенные для отделения биомассы ила от очищенной воды. Механизм осаждения частиц ила во вторичном отстойнике достаточно сложен. На кинетику процесса осаждения влияют следующие факторы: размер и форма частиц, их концентрация, вязкость среды, гидродинамические особенности движения жидкости в аппарате и др. [1]. Следует также отметить, что седиментационные свойства ила во многом зависят от особенностей процессов, протекающих в аэротенке: концентрации растворенного кислорода, отношения биомассы ила и количества загрязнений [2], среднего времени пребывания частиц активного ила в подсистеме "аэротенк - вторичный отстойник" [3, 4] (см. рис. 1).

Но в то же время и само осаждение влияет на течение процессов в аэротенке: концентрация ила в аэротенке зависит от степени уплотнения ила во вторичном отстойнике [2].

Для отделения ила от очищенной воды применяются отстойники различных типов: вертикальные, горизонтальные, радиальные [2]. Наибольшее распространение получили радиальные отстойники, поэтому при построении математической модели процесса осаждения в данной работе ограничимся рассмотрением отстойников этого типа.

При выборе математической модели в качестве перспективной для процесса осаждения активного ила в отстойнике должны быть учтены как конструктивные особенности аппарата, так и особенности гидродинамики потоков и кинетики осаждения суспензии в его объеме.

Анализ работ [1, 2, 5, 6 и др.] показал, что в большей степени перечисленным требованиям удовлетворяет математическая модель следующего вида:

, (1)

, (2)

, (3)

где - соответственно концентрации ила в отстойнике и во входном потоке, мг/л;

- скорость движения жидкости по радиусу отстойника, см/с;

- скорость осаждения частиц ила, см/с;

- скорость движения жидкости во входном потоке, см/с;

- текущий радиус отстойника, см;

- радиус отстойника, см;

- радиус питающей трубы в отстойнике, см;

- высота отстойника, см;

- коэффициент продольной диффузии, ;

- коэффициент, учитывающий эффект вымывания осадка из отстойника восходящим потоком воды (при существует тенденция к вымыванию ила, при - сохраняется баланс между процессами осаждения и вымывания, при - тенденция к осаждению частиц ила, при имеет место толь процесс осаждения).

Уравнения (2) - (3) являются граничными условиями уравнения (1).

Скорость осаждения частиц ила, в свою очередь, является функцией от концентрации ила [2, 7]:

, (4)

где - начальная скорость осаждения ила, см/с.

Как было отмечено выше, скорость осаждения зависит от возраста ила. Примерный вид зависимости по результатам работы [2, 8] приведен на рис. 2.

Не постоянна и скорость движения жидкости по радиусу отстойника, она изменяется в соответствии с выражением:

, (5)

где - объемный расход входного потока сточных вод, поступающих в аэротенк.

Для определения можно использовать подходы, описанные в работах [4] или [9].

Процессы биоокисления органических соединений в аэротенке, описанные в работе [4] и осаждения ила во вторичном отстойнике (1) -(5) объединим в подсистему, которая в литературе получила название "аэротенк - вторичный отстойник". Следует отметить, что часть активного ила из вторичного отстойника возвращается в аэротенк. Коэффициент рециркуляции ила определяется соотношением

где - коэффициент рециркуляции активного ила;

- объемный расход ила в рецикле;

- входной объемный расход сточных вод.

Описанная математическая модель процесса осаждения активного ила во вторичном отстойнике была использована при прогнозировании режимов функционирования станций биохимической очистки сточных вод [4].

Литература

1.Вавилин В.А., Васильев В.Б. Математическое моделирование процессов биологической очистки сточных вод активным илом. - М.: Наука, 1978. - 119 с.

2. Биологическая очистка производственных сточных вод: Процессы, аппараты и сооружения./ Яковлев С.В., Скирдов И.В., Швецов В.Н. и др.; Под ред. С.В. Яковлева. - М.: Стройиздат. 1985. - 208 с.

3. Paterson R.B., Denn M.M. Computer - aided Design and Control of Activated Sludge Process // Chem. Eng. J. - 1983. - N 27. - P. 13-27.

4. Гордин И.В., Попов Н.С., Немтинов В.А., Толстых С.С. Прогнозирование режимов функционирования реконструируемых станций биохимической очистки // Теоретические основы химической технологии. 1988. Т. 22. № 6. С. 803.

5. Биохимическая кинетика. / Вавилин В.А., Васильев В.Б., Курский М.Д. и др. - Киев: Вища школа. 1977. - 262 с.

6. Anderson H.M., Edwarg R.W. A finite differing scheme for the dynamic simulation of continuous sedimentation. // AIChE Symposium Sers. Water-80. - 1980. V 77. - N 209. - P. 981-997.

7. Методика технологического контроля работы очистных сооружений городской канализации. М.: Стройиздат, 1977. - 303 с.

8. Яковлев С.В., Карюхина Т.А. Биохимические процессы в очистке сточных вод. - М.: Стройиздат. 1980. - 200 с.

9. Effects of Deposit Resuspension of Setting Basin / Takamatsu T., Naito M., Shiba S. and others // J. of the Env. Eng. Div., Proc. of ASCE. - 1974. - V. 100, N 4. - P. 883-903.