Полная версия

Главная arrow Экология arrow ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ: ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ЗАЩИТЫ ГИДРОСФЕРЫ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Абсорбция и потребление кислорода.

Для окисления органических веществ микроорганизмам необходим кислород, но они могут его использовать только в растворенном в воде виде. Для насыщения сточной воды кислородом проводят процесс аэрации, разбивая воздушный поток на пузырьки, которые, по возможности, равномерно распределяют в сточной воде. Из пузырьков воздуха кислород абсорбируется с водой, а затем переносится к микроорганизмам.

Перенос кислорода из газовой фазы к клеткам микроорганизмов происходит в два этапа. На первом этапе происходит перенос кислорода из воздушных пузырьков в основную массу жидкости, на втором — перенос абсорбированного кислорода из основной массы жидкости к клеткам микроорганизмов, главным образом, под действием турбулентных пульсаций. Оба эти этапа связаны с преодолением диффузионных сопротивлений со стороны жидкости у пузырьков воздуха и у клеток хлопьев микроорганизмов. Схематично этот процесс представлен на рис. 11-68.

Схема переноса кислорода от пузырьков газа к микроорганизмам

Рис. 11-68. Схема переноса кислорода от пузырьков газа к микроорганизмам: А — пузырек газа; Б— скопление микроорганизмов; 1 — пограничный диффузионный слой со стороны газа (1/рг); 2 — поверхность раздела; 3 — пограничный диффузионный слой со стороны жидкости (1/рж); 4 — перенос кислорода от пузырька к микроорганизмам; 5 — пограничный диффузионный слой со стороны жидкости у микроорганизмов (1/ря); 6 — переход кислорода внутрь клеток; 7 — зона реакции между молекулами кислорода с ферментами

Так как кислород является плохо растворимым в воде газом, то диффузионным сопротивлением газовой фазы можно пренебречь, поэтому скорость абсорбции его будет лимитироваться сопротивлением жидкой фазы. Толщина диффузионного пограничного слоя 5 при обтекании тела размером / зависит от коэффициента диффузии D, вязкости рв, плотности рв и скорости ив:

Так как микроорганизмы имеют незначительный размер и движутся в очистных сооружениях со скоростью, равной скорости сточной воды, то толщина жидкого диффузионного пограничного слоя у стенок клеток значительно меньше, чем вокруг пузырьков газа, поэтому он не оказывает заметного сопротивления в переносе кислорода. Учитывая также, что удельная поверхность микроорганизмов значительно превышает удельную поверхность пузырьков газа, можно сделать вывод о том, что процесс переноса кислорода из пузырьков газа к микроорганизмам лимитируется в основном диффузионными сопротивлениями жидкости вокруг пузырьков газа.

Для плохо растворимых газов коэффициент массопередачи принимают равным коэффициенту массоотдачи (Кж= Рж). Поскольку, как правило, поверхность контакта фаз между воздухом и сточной водой

в очистных сооружениях неизвестна, в расчетах используют объемный коэффициент массоотдачи ру.

Количество абсорбируемого кислорода может быть вычислено по уравнению массоотдачи:

где М — количество абсорбированного кислорода, кг/с; Pv — объемный коэффициент массоотдачи, с"1; V — объем сточной воды в сооружении, м3; с ,с — равновесная концентрация и концентрация кислорода в основной массе жидкости, кг/м3.

Исходя из уравнения массоотдачи, количество абсорбируемого кислорода может быть увеличено за счет роста коэффициента массоотдачи или движущей силы. Изменения движущей силы возможны в результате увеличения содержания кислорода в воздухе, уменьшения рабочей концентрации или повышения давления процесса абсорбции. Однако все эти пути или экономически невыгодны, или не приводят к значительному росту интенсивности процесса.

Наиболее надежный способ увеличения подачи кислорода в сточную воду — это повышение объемного коэффициента массоотдачи ру.

Этот коэффициент представляет собой произведение действительного коэффициента массоотдачи Рж на удельную поверхность контакта фаз а. Увеличивая интенсивность дробления газового потока, т. е. уменьшая размеры газовых пузырьков dn и увеличивая газосо- держание потока сточной воды в сооружении <рг, можно значительно увеличить удельную поверхность контакта фаз и тем самым повысить поступление кислорода в сточную воду.

Удельная объемная поверхность контакта фаз равна:

Физические свойства сточной жидкости оказывают заметное влияние на процесс абсорбции 02. Вязкость и поверхностное натяжение влияют на размер пузырьков газа, изменяя тем самым поверхность массообмена, что необходимо учитывать в расчетах.

Растворенный в воде кислород потребляется микроорганизмами. Скорость этого процесса не может превышать скорость абсорбции, иначе ухудшается обмен веществ и снижается скорость загрязнений. Концентрация кислорода в сточной воде зависит от соотношения скоростей абсорбции и потребления. Скорость потребления кислорода зависит от многих факторов. Среди них, в первую очередь, следует отметить содержание биомассы, скорость роста и физиологическую активность микроорганизмов, вид и концентрацию питательных веществ, меру накопления токсичных продуктов обмена, содержание биогенных веществ и растворенного кислорода.

С повышением концентрации кислорода в сточной воде скорость потребления его увеличивается. Однако это происходит только до определенного предела. Концентрация кислорода в воде, при которой скорость потребления его становится постоянной и не зависит от дальнейшего повышения концентрации, называется критической с . Критическая концентрация меньше равновесной ср концентрации и зависит от природы микрорганизмов и температуры.

Скорость роста концентрации кислорода, растворенного в воде, равна скорости абсорбции минус скорость потребления:

где о — концентрация 02 в клетке; Q0 — расход кислорода.

Если скорость потребления ип меньше скорости абсорбции, то концентрация кислорода в сточной воде возрастает, что приведет к снижению скорости абсорбции. В результате в сточной воде устанавливается концентрация кислорода се, соответствующая стационарным условиям, при которых с. будет постоянной, так как скорость абсорбции равна скорости потребления:

Признаком достаточной аэрации сточной воды является положительная разность сс—с^. Эту разность поддерживать минимальной, так как чем ниже сс, тем больше движущая сила абсорбции.

Для успешного протекания реакций биохимического окисления необходимо присутствие в сточных водах соединений биогенных элементов и микроэлементов: N, S, Р, К, Mg, Са, Na, Cl, Fe, Mn, Mo, Ni, Co, Zn, Си и др. Среди этих элементов основными являются N, Р и К, которые при биохимической очистке должны присутствовать в необходимых количествах. Содержание остальных элементов не нормируется, так как их в сточных водах достаточно.

Недостаток азота тормозит окисление органических загрязнителей и приводит к образованию труднооседающего ила. Недостаток фосфора приводит к развитию нитчатых бактерий, что является основной причиной вспуханий активного ила, плохого оседания и выноса его из очистных сооружений, замедления роста ила и снижения интенсивности окисления. Биогенные элементы лучше всего усваиваются в форме соединений, в которой они находятся в микробных клетках: азот — в форме аммонийной группы NH/, а фосфор — в виде солей фосфорных кислот.

Содержание биогенных элементов зависит от состава сточных вод и должно устанавливаться экспериментально. Для ориентировочных подсчетов можно воспользоваться следующим соотношением БПКполи: N: Р= 100:5:1. Такое соотношение правильно применять только в течение первых 3 суток. При необходимости большей продолжительности очистки во избежание снижения выхода активного ила следует уменьшить содержания азота и фосфора в сточной воде. При продолжительности очистки 20 суток отношение БПКпо1н: N:P следует поддерживать на уровне 200:5:1. Точная дозировка азота и фосфора может быть обеспечена соблюдением стехиометрических соотношений.

При нехватке азота, фосфора и калия в сточную воду вводят различные азотные, фосфорные и калийные удобрения. Соответствующие соединения азота, фосфора и калия содержатся в бытовых сточных водах, поэтому при их совместной очистке с промышленными стоками добавлять биогенные элементы не надо.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>