Aeratsiya tanklarida kislorodga bo'lgan talab va aeratsiya tezligini hisoblash usullarini batafsil tushuntirish

Chiqindilarni biologik tozalash jarayonida aeratsiya tanki asosiy reaktsiya birligidir. Uning asosiy vazifasi mikrob metabolizmi va ifloslantiruvchi moddalarning parchalanishi ehtiyojlarini qondirish uchun aeratsiya uskunalari orqali kislorodni aralash suyuqlikka o'tkazishdir. Kislorodga bo'lgan talab (O₂ talabi) mikroorganizmlar tomonidan organik moddalarni parchalash va ammiak azotini oksidlash uchun zarur bo'lgan umumiy kislorodni anglatadi, aeratsiya darajasi esa kislorodga bo'lgan talab va kislorod uzatish samaradorligi kabi parametrlar asosida hisoblangan aeratsiya uskunasining haqiqiy chiqishidir. Kislorodga bo'lgan talab va aeratsiya tezligini to'g'ri hisoblash nafaqat oqava suvlarni tozalash samaradorligini ta'minlaydi, balki energiya sarfini optimallashtiradi va operatsion xarajatlarni kamaytiradi. Ushbu maqolada hisoblash mantig'i, asosiy formulalar va ushbu ikki parametrning asosiy ta'sir etuvchi omillari batafsil tavsiflanadi, muhandislik dizayni va operatsion tuzatishlar uchun ma'lumotnoma taqdim etiladi.

Kislorodga bo'lgan ehtiyojni hisoblash mikroorganizmlarning metabolik reaktsiyalariga asoslangan bo'lib, u karbonizatsiya kislorodga bo'lgan talabni (organik moddalarning parchalanishi) va nitrifikatsion kislorodga bo'lgan talabni (ammiak azotining oksidlanishi) o'z ichiga oladi. Bundan tashqari, endogen nafas olishning susayishi natijasida iste'mol qilingan kislorodni va oqava suvda erigan kislorod tomonidan olib ketilgan kislorodni olib tashlashni talab qiladi, natijada zarur bo'lgan haqiqiy umumiy kislorod talabini beradi.

1. Asosiy hisoblash asosi va formulasi

Kislorodga bo'lgan ehtiyojni (OD) hisoblash suvning sifati (BOD₅, COD, NH₄⁺-N), tozalash samaradorligi va loy konsentratsiyasi kabi asosiy parametrlarga asoslanadi. Asosiy formula quyidagicha:

Jami kislorodga bo'lgan talab (O₂ₜₒₜₐₗ)=Karbonizatsiya kislorodga bo'lgan talab (O₂₍ₙ₎) + Nitrifikatsion kislorodga bo'lgan talab (O₂₍ₙᵢₜ₎) - Endogen respiratsiya (O₂₍ₑₙₐₐ₎) - Oqibatda DO tomonidan olib ketilgan kislorod (O₂₍ₒᵤₜ₎)

(1) Karbonatli kislorod talabi (O₂₍ₙ₎)
Karbonatli kislorodga bo'lgan talab - bu biologik parchalanadigan organik moddalarning mikrobial parchalanishi uchun zarur bo'lgan kislorod miqdori. Asosiy indikator sifatida BOD₅ dan foydalanib, hisoblash formulasi:

O₂₍ₙ₎ = a' × Q × (Sᵢₙ - Sₒᵤₜ) - b' × V × X

Formuladagi parametrlarni tushuntirish:

1a': Organik moddalarning parchalanishi uchun kislorodga bo'lgan talab koeffitsienti (kg O₂/kg) BOD₅: An'anaviy maishiy oqava suvlar uchun a' 0,42~0,53 sifatida qabul qilinadi; sanoat chiqindi suvlari uchun qiymatni biologik parchalanishiga qarab sozlash kerak (yomon biologik parchalanish uchun yuqori qiymat, yaxshi biologik parchalanish uchun past qiymat);

1Q: Davolash hajmi (m³/d);

1Sᵢₙ,Sₒᵤₜ: Oqim va chiqindi suvlardagi BOD₅ konsentratsiyasi (kg/m³, ya'ni g/L);

1b': Loyning endogen nafas olish kislorod iste'moli koeffitsienti (kg O₂/(kg MLSS·d)), maishiy chiqindi suv uchun b' 0,10~0,15 sifatida qabul qilinadi;

1V: Aeratsiya tankining samarali hajmi (m³);

1X: Aeratsiya idishidagi aralash suyuqlik konsentratsiyasi (MLSS, kg/m³).

Eslatma: Agar hisoblash indikatori sifatida COD ishlatilsa, avval COD ni BOD₅ ga aylantirish kerak (odatiy maishiy chiqindi suvlar uchun BOD₅/COD≈0,5; sanoat oqava suvlari uchun haqiqiy o'lchov talab qilinadi).

(2) Nitrifikatsion kislorodga bo‘lgan talab (O₂₍ₙᵢₜ₎)

Agar jarayon nitrifikatsiyani talab qilsa (ammiak azotining nitrat azotga oksidlanishi), nitrifikatsiya kislorodiga bo'lgan ehtiyojni alohida hisoblash kerak. Formula quyidagicha:

O₂₍ₙᵢₜ₎=4.57 × Q × (NH₄⁺-Nᵢₙ - NH₄⁺-Nₒᵤₜ) - 0.12 × Q × (NO₃⁻- YO'Q₃⁻-Nᵢₙ)

Formuladagi parametrlarni tushuntirish:

14.57: Ammiak azotining nitrat azotgacha oksidlanishi uchun kislorodga bo'lgan talabning nazariy koeffitsienti (kg O₂/kg) NH₄⁺-N);

10.12: nitratni denitrifikatsiya qilish uchun kislorod iste'molini ofset koeffitsienti (agar denitrifikatsiya bo'lmasa, buni e'tiborsiz qoldirish mumkin);

1NH₄⁺-Nᵢₙ, NH₄⁺-Nₒᵤₜ: Oqim va oqava suvlarda ammiak azot konsentratsiyasi (kg/m³);

1NO₃⁻-Nᵢₙ, NO₃⁻-Nₒᵤₜ: Oqim va oqava suvlarda nitrat azot konsentratsiyasi (kg/m³).

(3) Endogen nafas olishdan kislorod iste'moli va chiqindi suvda DO orqali kislorod tashilishi
Endogen nafas olishdan kislorod iste'moli allaqachon karbonatlanish kislorodga bo'lgan talab formulasida b' parametri orqali aks ettirilgan va uni qayta hisoblash kerak emas; Oqibatda kislorodning DO orqali o'tishini hisoblash formulasi:

O₂₍ₒᵤₜ₎=8.33 × Q × (DOₒᵤₜ - DOᵢₙ)

Bu yerda: 8,33 - kislorod zichligi konvertatsiya koeffitsienti (kg O₂/(m³·mg/L)), DOᵢₙ va DOₒᵤₜ mos ravishda suv va oqava suvning erigan kislorod konsentrasiyalari (mg/L). Oddiy holatlarda suv oqimidagi DO ni e'tiborsiz qoldirish mumkin (0 sifatida qabul qilinadi) va oqava suvdagi DO 2 ~ 3 mg / L da nazorat qilinadi.

2. Kislorodga bo'lgan ehtiyojni (OD) hisoblash misoli tozalash quvvati Q=1000 m³/s, samarali aeratsiya tankining hajmi V=300 m³, oqim BOD₅=200 mg/L, chiqindi suv BOD₅=20 mg/l=20 mg/l=20 mg/l=20 SS/L=20 m³/L, oqava suvlarni tozalash quvvatiga ega bo'lgan maishiy oqava suvlarni tozalash inshootini hisobga olgan holda. NH₄⁺-N=30 mg/L, oqava suv NH₄⁺-N=1 mg/l va oqava suv DO=2 mg/L, a'=0.5 va b'=0.12. oling

(1) Karbonatli kislorodga bo'lgan talab: O₂₍ₙ₎=0.5 × 1000 × (0.2 - 0.02) - 0.12 × 300 × 3=90 - 108=-18 (Salbiy qiymat endogen nafas olish kislorodiga bo'lgan talab karbonatlanish kislorodiga bo'lgan talabdan kattaroq ekanligini ko'rsatadi, shuning uchun biz 0 ni olamiz);

(2) Nitrifikatsion kislorod talabi: O₂₍ₙᵢₜ₎=4.57 × 1000 × (0.03 - 0.001)=4.57 × 29 ≈ 132,53 kg O₂/d;

(3) DO tomonidan oqava suvda olib ketilgan kislorod: O₂₍ₒᵤₜ₎=8.33 × 1000 × (2 - 0)=16.66 kg O₂/d;

(4) Kislorodga umumiy ehtiyoj: O₂ₜₒₜₐₗ=0 + 132.53 - 16.66≈115,87kg O₂/kun.

Shamollatish hajmi aeratsiya uskunasi aeratsiya tankiga kiritishi kerak bo'lgan havo miqdorini bildiradi. U kislorod uzatish samaradorligi va havodagi kislorod miqdori kabi parametrlar bilan birgalikda kislorodga bo'lgan umumiy talab asosida hisoblanishi kerak. Suv harorati va havo bosimi kabi omillar tufayli kislorodni uzatish uchun tuzatishlar ham hisobga olinishi kerak.

1. Asosiy hisoblash mantiqiy va formulasi
Havodagi kislorod miqdori taxminan 21% ni tashkil qiladi (massa ulushi). Kislorodni uzatish samaradorligi (Eₚ) havodan aralash suyuqlikka o'tkaziladigan kislorod ulushini anglatadi. Shamollatish tezligi quyidagi formula bo'yicha hisoblanadi:

Haqiqiy shamollatish darajasi (Gₛ)=Kislorodga umumiy ehtiyoj (O₂ₜₒₜₐₗ) / (Havodagi kislorod miqdori × kislorod uzatish samaradorligi × tuzatish faktori)

Maxsus parchalanish formulasi:

Gₛ = O₂ₜₒₜₐₗ × 1000 / (0.21 × 1.205 × Eₚ × Kₜ × ... Kₚ)

Formuladagi parametrlarni tushuntirish:

10.21: havodagi kislorodning hajm ulushi (%);

11.205: Havo zichligi (kg/m³, standart sharoitda, 20 daraja , 1 atm);

1Eₚ: Kislorodni uzatish samaradorligi (%), Eₚ aeratsiya uskunasiga qarab katta farq qiladi: puflagich aeratsiyasi (mikro gözenekli aerator) Eₚ=15%~25%, sirt aeratsiyasi (pervanel aerator) Eₚ=8% ~15%;

1Kₜ: Suv haroratini tuzatish koeffitsienti, Kₜ=1.024^(T-20), bu erda T - shamollatish idishidagi haqiqiy suv harorati ( daraja). Suv harorati oshishi bilan kislorodning eruvchanligi pasayadi va Kₜ ortadi.

1Kₚ: Gaz bosimini tuzatish koeffitsienti, Kₚ=P/1,013, bu erda P - mahalliy atmosfera bosimi (atm). Atmosfera bosimi ortishi bilan kislorodning eruvchanligi oshadi va Kₚ ortadi.

11000: Birlik konvertatsiya koeffitsienti (kg O₂ ni g O₂ ga aylantiradi).

2. Shamollatish tezligini hisoblash misoli (yuqoridagi kislorodga bo'lgan talab misolida) O₂ₜₒₜₐₗ=115.87kg O₂/d kislorodga bo'lgan umumiy ehtiyojni hisobga olgan holda, mikrog'ovakli aeratorlar yordamida, Eₚ=20%, aeratsiya idishidagi suv harorati T{{3} darajasida mahalliy bosim. P=1.0atm.

(1) Tuzatish koeffitsientini hisoblang: Kₜ=1.024^(25-20)=1.024⁵≈1,127, Kₚ=1.0/1,013≈0,987;

(2) Shamollatish tezligini hisoblang: Gₛ=115.87×1000 / (0,21×1,205×20%×1,127×0,987)≈115870 / (0,21×1,205×0,2×1,127×0,987)≈0,987 0,056≈2069109 m³/d? Bu erda hisoblash noto'g'ri va uni quyidagi tarzda tuzatish kerak:

Qayta hisoblang (birliklarga mos): O₂ₜₒₜₐₗ=115.87 kg/k=115870 g/d;

Denominator: 0,21 (kislorod hajmi ulushi) × 1,205 (havo zichligi kg/m³) × Eₚ (20%=0.2) × Kₜ (1,127) × Kₚ (0,987)=0.21 × 1,205 × 0,2 × 7 × 10.10. 1,205 ≈ 0,253, 0,253 × 0,2 ≈ 0,0506, 0,0506 × 1,127 ≈ 0,057, 0,057 × 0,987 ≈ 0,056 kg O₂/m³ havo;

Shuning uchun, Gₛ=115.87 kg/d / 0,056 kg O₂/m³ havo ≈ 2069 m³/d (taxminan 86.2 m³/soat).

1. Suv sifati omillari
Kiruvchi organik moddalar (BOD₅, COD) va ammiak azotining kontsentratsiyasi kislorodga bo'lgan talabni bevosita aniqlaydi: konsentratsiya qanchalik yuqori bo'lsa, kislorodga bo'lgan talab shunchalik ko'p bo'ladi va shunga mos ravishda shamollatish tezligini oshirish kerak; agar sanoat chiqindi suvlari tajovuzkor organik moddalar yoki zaharli moddalarni o'z ichiga olsa, u mikrobial faollikni inhibe qiladi, aeratsiya tezligini mos ravishda oshirishni talab qiladi (toksiklik inhibisyonini engillashtirish uchun DO kontsentratsiyasini oshirish).

2. Ishlash parametrlari
Haddan tashqari yuqori MLSS kontsentratsiyasi endogen nafas olish kislorod iste'molini oshiradi va kislorod uzatish samaradorligini pasaytiradi (aralash suyuqlikning yopishqoqligi oshishi), MLSS va shamollatish tezligi o'rtasidagi muvozanatni talab qiladi; loyni ushlab turish vaqti (SRT) nitrifikatsiya samaradorligiga ta'sir qiladi, nitrifikatsiya jarayoni SRTni 10 kundan ortiq yoki unga teng (20 daraja) nazorat qilishi va nitrifikatsiya kislorodiga bo'lgan talabga mos kelishi kerak.

3. Ekologik omillar
Suv haroratining oshishi kislorodning eruvchanligini pasaytiradi va kislorodni uzatish samaradorligini pasaytiradi, bu esa aeratsiyani oshirishni talab qiladi. Havo bosimining pasayishi (masalan, baland{3}}baland hududlarda) kislorodning eruvchanligini yanada pasaytiradi va buning oʻrnini qoplash uchun aeratsiyani oshirishni talab qiladi. Aralashtirilgan suyuqlikning pH darajasi nitrifikatsiyaga ta'sir qiladi (optimal pH=7.5 ~ 8,5); g'ayritabiiy pH havoni optimallashtirishdan oldin suv sifatini sozlashga ustuvor ahamiyat berishni talab qiladi.

4. Aeratsiya uskunalarini tanlash
Har xil shamollatish uskunalari turlari sezilarli darajada farq qiladi kislorod uzatish samaradorligi. Mikro gözenekli aeratorlar eng yuqori kislorod uzatish samaradorligiga ega va katta aeratsiya tanklari uchun javob beradi. Yuzaki aeratorlarni o'rnatish oson va kichik oqava suvlarni tozalash inshootlari uchun mos keladi. Uskunani tanlashda kislorodga bo'lgan ehtiyojni va tank turini hisobga olish kerak, bunda shamollatish hajmini va foydalanish xarajatlarini kamaytirish uchun yuqori-samaradorlik, past-energiya-iste'mol qilish uskunasiga ustunlik berish kerak.

1. Aniq parametr qiymatlari: a', b' va Eₚ kabi koeffitsientlarni to'g'ridan-to'g'ri empirik qiymatlarni qo'llash natijasida kelib chiqadigan hisoblash og'ishlarini oldini olish uchun oqava suvlar (maishiy kanalizatsiya/sanoat oqava suvlari), aeratsiya uskunalari modeli va o'lchov ma'lumotlari asosida sozlash kerak.

2. Birlik izchilligi asosiy hisoblanadi: Hisoblashdan oldin xatoliklarga olib keladigan birlik chalkashliklarini oldini olish uchun barcha parametr birliklari izchil bo'lishi kerak (masalan, mg/L dan kg/m³ gacha, m³/d dan m³/soatgacha).

3. Dizayn chegarasi: Haqiqiy loyihalarda suv sifatining o'zgarishi va uskunaning qarishi kabi omillar tufayli kislorod uzatish samaradorligining pasayishini bartaraf etish uchun 1,1 ~ 1,2 xavfsizlik omili hisoblangan shamollatish tezligiga ko'paytirilishi kerak.

4. Haqiqiy ishlashga asoslangan tuzatishlar: Hisoblangan qiymatlar nazariy qiymatlardir. Haqiqiy ishda samaradorlik va energiya iste'moli o'rtasidagi muvozanatga erishish uchun aeratsiya tezligi aralash suyuqlik DO konsentratsiyasi (2 ~ 3 mg/L da nazorat qilinadi) va chiqindi suv sifati (BOD₅, NH₄⁺-N) asosida dinamik ravishda sozlanishi kerak.

Aeratsiya tankidagi kislorodga bo'lgan talab va aeratsiya tezligini hisoblash oqava suvlarni tozalash muhandisligi dizayni va ekspluatatsiyasini optimallashtirishning asosiy jihati hisoblanadi. Asosan, bu mikroorganizmlarning metabolik ehtiyojlarini va kislorodni uzatish samaradorligini miqdoriy aniqlashni o'z ichiga oladi, bu esa "talab bo'yicha kislorod yetkazib berish"-bo'lishi mumkin. Kislorodga bo'lgan talabni hisoblashda suv sifati parametrlari va mikrobial metabolik naqshlarga chambarchas rioya qilish kerak, shamollatish tezligini hisoblash esa uskunaning ishlashi va atrof-muhit omillari bilan birgalikda sozlanishi kerak. Amaliy qo'llanmalarda nazariy hisob-kitoblar orqali asosiy ramka o'rnatilishi kerak, so'ngra o'lchangan ma'lumotlarga asoslangan dinamik tuzatishlar kiritiladi. Bu oqava suvlarni tozalash natijalari standartlarga mos kelishini ta'minlaydi, shu bilan birga aeratsiya energiya sarfini minimallashtiradi, jarayonning samarali va tejamkor ishlashiga erishadi.