Раздел IV Методи, процеси и съоръжения за пречистване на битови отпадъчни води

1. Раздел IVМетоди, процеси и съоръжения за пречистване набитови отпадъчни води Тема 14 Биологично пречистване със суспендирана биомаса (активни утайки). Биобасейни: принцип на действие, основни технологични показатели и класификация на процесите

2. Раздел IVМетоди, процеси и съоръжения за пречистване набитови отпадъчни води 14. 1. Биологично пречистване със суспендирана биомаса (активни утайки) Класификации Според условията на средата (начина на “дишане”): • Аеробни (биобасейни) • Анаеробни (изгниватели) Според начина на поддържане на биомасата в суспендирано състояние: • С интензивно механично или пневматично разбъркване – анаеробни или аеробни • Със суспендиран слой (Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactors - UASBR) - анаеробни

3. 14. 1. Биологично пречистване със суспендирана биомаса (активни утайки) Класификации Според структурата на суспендираната биомаса: • С флокули (леки аморфни “парцаловидни” агломерати) – при аеробни процеси; Утаяват се добре. • С биогранули (тежки компактни многослойни зърнести агломерати). Генерират се при специфчни условия. Утаяват се много добре. При възходящ поток образуват експандиран или “псевдокипящ” слой в биореактора. • С отделни суспендирани нефлокулиращи микроорганизми – при анаеробни процеси. Утаяват се много лошо и непълно.

4. 14. 1. Биологично пречистване със суспендирана биомаса (активни утайки) Класификации Според хидродинамичния тип на реактора: • С идеално смесване (идеален смесител) • С идеално изтласкване (идеален “бутален”) • Дифузионен (с надлъжна турбулентна дифузия) – междинен тип (реален) • Каскаден (клетъчен) • С експандиран слой (UASBR с флокули) • С флуидизиран (“псевдокипящ”) слой (UASBR с биогранули; биореактори с гранулиран инертен носител на биофилма)

5. 14. 1. Биологично пречистване със суспендирана биомаса (активни утайки) Основни хидродинамични типове реактори в ляво – идеален “бутален”; в дясно – идеален смесител

6. 14. 1. Биологично пречистване със суспендирана биомаса (активни утайки) Дифузионен (реален, с надлъжна дифузия) реактор

7. 1 2 3 n-1 n 14. 1. Биологично пречистване със суспендирана биомаса (активни утайки) Схеми на каскадни (клетъчни) реактори горе – класически дифузионен реактор долу - трансформация на дифузионен в каскаден реактор

8. 14. 1. Биологично пречистване със суспендирана биомаса (активни утайки) Реактор с флуидизиран (“псевдокипящ”) слой – USBR с биогранули

9. Раздел IVМетоди, процеси и съоръжения за пречистване набитови отпадъчни води 14. 2. Биобасейни: • Принцип на действие • Основни технологични показатели • Класификация на процесите

10. 14. 2. Биобасейни Принцип на действие: • Аеробните проточни биореактори със суспендирана биомаса се наричат най-общо биобасейни • Процесите се реализират в проточни биореактори с рециркулация на суспендираната биомаса (активните утайки) • Процесите са аеробни – биореакторите се аерират • Активната биомаса се разделя от пречистените отпадъчни води чрез гравитационно утаяване и уплътняване във вторични утаители • Основната част от уплътнената биомаса рециркулира към биобасейна, а останалата се отделя като излишна • Процесите в биобасейните се стационират в определена кинетична фаза чрез регулиране на рециркулационния поток и количеството на отделяната излишна биомаса • Биобасейните и вторичните утаители съставляват обща система

11. 14. 2. Биобасейни: принцип на действие Схема на проточен биобасейн с рециркулация на биомасата

12. 14. 2. Биобасейни Основни технологични показатели: • Концентрация на биомасата – X, a, TSBB ; g/l, kg/m3 X = 1,5 – 5 g/l • Концентрация на органичната част на биомасата - Xoрг , ao, TSBB,o ; g/l, kg/m3 – приблизителен показател за активната й част Xoрг = (0,65 – 0,90) X • Индекс на утайката – Iу, SVI (Sludge Volume Index); cm3/g Определение:Обемът утайка, който след 30 min утаяване съдържа 1 g сухо вещество (СВ). Определянето става чрез уплътняване в лабораторен съд (стъкленца на Imhoff) на изходна суспензия, взета от биобасейна и доведена до “стандартна” концентрация 3 g/l.

13. 14. 2. Биобасейни Основни технологични показатели: • Изчислителен хидравличен времепрестой (време за аериране) – t ; [T] t = V/Q , h V – обем на биобасейните , m3 Q – протичащо водно количество, m3/h • Възраст (изчислителен времепрестой) на биомасата в системата – θx , Ту , tTS; [T] θx = X /(dX/dt) = 1/ (μ – kd)= (V.X + Vy .Xy)/GИАУ , [d] Vy - обем на вторичните утаители, m3 Xy - концентрация на утайката във вторичните утаители, kg/m3 GИАУ - тегло на излишната активна утайка (ИАУ), отделянa за едно денонощие , kg/d • Обемно хидравлично натоварване – Rq , qR , D (dilution rate); [T-1] Rq = Q/V = 1/t , [m3/m3.h]

14. 14. 2. Биобасейни Основни технологични показатели: • Обемно органично натоварване (по БПК5)– RL , BR ; [G/V.T] RL = Q.L/V = L/t , [kg/m3.h] L – БПК5 на постъпващите отпадъчни води, kg/m3 • Натоварване на утайката - RуF/M; [G/G.T] Rу= L.Q/V.X , [kg БПК5 /kg СВ.d] • Относителна скорост на окисление – R, U, ρ; [g БПК20 /kg СOВ.h], [g / kg.h] R = Rу . 1,46.103.η. X / Xoрг .24 ; R = U = μ/Y

15. 14. 2. Биобасейни • Относителна скорост на окисление (по СНиП 2.04.03 - 85) – ρ, [kg БПК20 /kg СOВ.h] ρmax – максимална стойност на относителната скорост на окисление, ρmax= 85[kg БПК20 /kg СOВ.h] Le – конценрация на БПК20 на изхода на биобасейна CO2 – конценрация на кислорода в биобасейна Ki – константа, характеризираща качеството на отпадъчните води, Ki = 33 g БПК20/m3 K0 – константа, характеризираща влиянието на кислорода, K0 = 0,625 g O2/m3 φ – коефициент, отчитащ инхибирането на процеса от продуктите на метаболизма, φ= 0,07 а – концентрация на биомасата в биобасейна

16. 14. 2. Биобасейни • Прираст на биомасата – Пр, Y, USB Пр – прираст на биомасата (по СНиП 2.04.03 - 85), kg/m3 C – концентрация на суспендираните вещества на входа на биобасейна, kg/m3 L0– концентрация на БПК20 на входа на биобасейна, kg/m3 USB- прираст на биомасата (по Kaiser), kg/m3.d qR– обемно хидравлично натоварване, m3/m3.d TS0 – концентрация на суспендираните вещества на входа на биобасейна, kg/m3 BSB5 – концентрация на БПК5 на входа на биобасейна, kg/m3 TSe – концентрация на суспендираните вещества на изхода на биобасейна, kg/m3 TSBB - концентрация на суспендираните вещества (биомасата) в биобасейна, kg/m3 To – температура на водата в биобасейна, оС

17. 14. 2. Биобасейни • Прираст на биомасата (по ATV -131A) – USBSB5 USBSB5– прираст на биомасата (по ATV -131A), kg TS/kg BSB5 tTS– възраст на активната утайка, d • Рециркулационно отношение (степен на рециркулация) - n Баланс на биомасата, постъпваща и напускаща биобасейна: Окончателно:

18. 14. 2. Биобасейни • Кислородна необходимост ( специфична потребност от О2) – ОRL , qo а) По Von der Emde, ОRL б) По СНиП 2.04.03 – 85, qo qo = Z.(L0 – Le).V/ta, [g О2 /h] Z - специфичен разход на кислород, [g О2 /g БПК20] Z = 1,1 при пълно пречистване; Z = 0,9 при непълно пречистване V – обем на биобасейна, m3 ta– време за аериране (изчислителен хидравличен времепрестой), h

19. 14. 2. Биобасейни • Кислородна необходимост ( специфична потребност от О2) – OV в) По ATV – 131A • За снижение на БПК5 , OVC , [g O2/g BSB5] • За снижение на азота, OVN , [g O2/g BSB5] [NO3 – N]e – концентрация на N в оттока след биобасейна [NO3 – N]D – концентрация на N, снижен в денитрификатора • Обща кислородна необходимост, OV:

20. 14. 2. Биобасейни Класификация на процесите: • Според натоварването на утайката – Rу • С ниско утайково натоварване – Rу ≤ 0,12 • Със средно утайково натоварване – Rу = 0,25 – 0,50 • С високо утайково натоварване – Rу>0,75 • Според отстраняваните замърсители • С отстраняване само на въглерод-съдържащия субстрат (С-процес) • С биохимично окисление на азот-съдържащия субстрат до нитрати (нитрификация - N-процес) • С отстраняване на нитратите (нитрификация/денитрификация – ND-процес) • С биологично отстраняване на фосфора (Biological Enhanced Phosphorus Removal – BEPR-процес) • С едновременно биологично отстраняане на фосфора и азота (Biological Nitrification/Denitrification Enhanced Phosphorus Removal – BNDEPR-процес)

21. 14. 2. Биобасейни Класификация на процесите: • Според кислородното съдържание в биореакторите • Аеробни процеси • Анаеробни процеси • Безкислородни (anoxy) процеси • Според комбинацията с други процеси • Самостоятелни биологични процеси • Комбинация от последователно протичащи биологични процеси • Биологични процеси, комбинирани с физикохимични процеси, протичащи едновременно в един реактор (симултанно физико-химично отстраняване на фосфора)

22. 14. 2. Биобасейни Зависимости между технологичните параметри: Зависимост между индекса на утайката – Iуи утайковото натоварване - Rу

23. 14. 2. Биобасейни Зависимости между технологичните параметри: 1 - зависимост на БПК5 на пречистената отп. вода от утайковото натоварване – Rу 2 - зависимост на БПК5 изразходван за ендогенно дишане от утайковото натоварване – Rу 3 - зависимост на нетния прираст на биомасата от утайковото натоварване – Rу

24. 14. 2. Биобасейни Връзка между натоварването – Rу, възрастта – Tуи прираста – Пр на активната утайка (по DEGREMONT)

25. 14. 2. Биобасейни Класификация на процесите: Класификация на процесите в зависимост от основните технологични параметри