Канунникова, Марина Александровна. Модель технологического процесса системы аэрации очистных сооружений предприятий АПК

brief description

Канунникова, Марина Александровна. Модель технологического процесса системы аэрации очистных сооружений предприятий АПК : диссертация ... кандидата технических наук : 03.01.06 / Канунникова Марина Александровна; [Место защиты: Всерос. науч.-исслед. и технол. ин-т биол. пром-сти].- Щёлково, 2013.- 181 с.: ил. РГБ ОД, 61 13-5/767

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Московская государственная академия коммунального хозяйства и
строительства»
На правах рукописи
КАНУННИКОВА МАРИНА АЛЕКСАНДРОВНА
МОДЕЛЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СИСТЕМЫ АЭРАЦИИ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ПРЕДПРИЯТИЙ АПК
03.01.06 - биотехнология (в том числе бионанотехнологии)
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель:
Доктор технических наук, профессор Баженов В.И.
Щелково - 2013 
СОДЕРЖАНИЕ
Актуальность проблемы
Цели и задачи исследования 4
Научная новизна 6
Практическая значимость 7
Апробация работы 7
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 9
Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 9
1.1. Современные аэрационные системы 9
1.2. Описание влияния концентрации растворенного кислорода уравнениями
ферментативной кинетики 27
1.3. Процесс перемешивания в аэротенках и биореакторах 32
1.4 Теоретическое описание влияния скорости дыхания и адаптации ила на коэффициенты полунасыщения 36
1.5. Выводы по обзору литературы 45
Глава 2. ОБЪЕКТЫ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 59
2.1. Исследование влияния концентрации растворенного кислорода по длине
биоректора на скорость потребления кислорода активным илом респирометрическим прибором градиентного типа 59
2.2. Исследование кинетического коэффициента полунасыщения по
кислороду 61
2.3. Исследование кинетического коэффициента полунасыщения по азоту
аммонийному 64
2.4. Исследования технологического процесса нитрификации 66
2.5. Выводы по главе 70
Глава 3. ВЛИЯНИЕ ДИФФУЗИИ И АДАПТАЦИИ К НИЗКИМ КОНЦЕНТРАЦИЯМ КИСЛОРОДА НА ФЛОККУЛУ АКТИВНОГО ИЛА. 86
3.1 Влияния диффузии на коэффициент полунасыщения по кислороду 86
3.2. Влияние адаптации к низким концентрациям кислорода на флоккулу активного ила 89
3.3 Выводы по главе 93
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА АЭРАЦИОННЫХ СИСТЕМ И МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ АЭРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
101
4.1. Разработка методики расчета аэрационных систем для аэротенка
смесителя в стационарном состоянии 101
4.2 Моделирование аэрационных систем с учетом неравномерности по длине аэротенка колебаний нагрузки 106
4.3. Выводы по главе 109
Глава 5. МОДЕЛИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СИСТЕМЫ АЭРАЦИИ ПРЕДПРИЯТИЙ АПК И ГОРОДСКИХ СТАНЦИИ 117
5.1. Модель реконструкции станции биологической очистки стока свинокомплекса и разработка автоматизации технологического процесса .117
5.2 Использование модели аэрационной системы для разработки инженерно- технических решений на примере биореакторов городской станции аэрации. 129
5.3. Выводы по главе 133
ВЫВОДЫ 150
ЛИТЕРАТУРА 152
ПРИЛОЖЕНИЯ 174
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы
Современный уровень проектирования предполагает совместную оптимизацию как технологического процесса, так и его инженерного оформления и обусловлен целом рядом причин, и в первую очередь:
экологическими причинами - современные требования, предъявляемые к очищенной воде, требуют высокого качества очищенных стоков с удалением биогенных элементов.
- экономическими причинами - внедрение современных технологий и оборудования способствует снижению эксплуатационных затрат и увеличению надежности работы сооружений.
Требования оптимизации распространяются на процессы перемешивания, перекачки рециркуляционных потоков, геометрические параметры сооружений.
Затраты на аэрацию составляют порядка 60%-80% от стоимости затрат потребляемой энергии всей станции. Поддержание оптимальной концентрации кислорода является основным методом снижения данных затрат. Для оптимизации концентрации растворенного кислорода важной величиной является значение коэффициента полунасыщения по кислороду с учетом процессов удаления азота и фосфора.

bibliography

ВЫВОДЫ
1. Разработана модель технологического процесса системы аэрации очистных сооружений предприятий АПК и городских станций аэрации. Разработанная модель предполагает использование найденных зависимостей скоростей потребления кислорода активным илом и коэффициентов полунасыщения по кислороду.
2. Экспериментально подтверждена теория зависимости коэффициента полунасыщения по кислороду от скорости потребления концентрации кислорода активным илом.
Проведены экспериментальные исследования с большим диапазоном изменения скорости потребления кислорода от 0,07 мг/(г-мин) до 1,75 мг/ мг/(г-мин) для активных илов предприятий АПК и городских станций аэрации в условиях концентраций кислорода 0,05 - 7 мг/л и нагрузок на активный ил 50 - 432 мг БПК5/(гСВ ■ сутки). Для илов, адаптированных к концентрациям кислорода менее 0,5 мг/л, возрастание коэффициента полунасыщения по кислороду К0 с увеличением скорости потребления кислорода илом меньше, чем для илов, адаптированных к высоким концентрациям кислорода (2,5 - 7 мг/л). Для илов, адаптированных к концентрациям кислорода менее 0,5 мг/л наблюдается ухудшение седиментационных свойств ила (увеличение илового индекса или периодическое вспенивание). При этом изменяются диффузионные свойства флоккулы и это приводит к ухудшению осаждения.
3. Разработан метод нахождения коэффициентов полунасыщения по кислороду и скорости потребления кислорода активным илом для станций аэрации с использованием респирометрического оборудования.
4. Разработана математическая модель технологического процесса системы аэрации, позволяющая учесть характеристики современных мембранных аэраторов с широким диапазоном регулирования по нагрузке на аэратор от 2 м3/час до 32 м3/час и разрабатывать системы автоматического регулирования подачи воздуха по длине биореактора. Математическое моделирование позволяет не только выбрать оптимальную технологию очистки сточных вод предприятий АПК и городских станций, отвечающую современным требованиям, предъявляемым к сбросу сточных вод, но и минимизировать количество подаваемого кислорода с учетом неравномерности поступления загрязнений по часам суток.
5. Показана возможность использования разработанной модели для технологического проектирования реконструкции и строительства новых сооружений очистки сточных вод предприятий АПК.