Введение
Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 19
1.1 Гидродинамика жидкостных потоков в аэрационных сооружениях 21
1.2 Процессы массопереноса кислорода в аэрационных сооружениях 23
1.3 Процессы аэробной биологической очистки сточных вод активным илом в дисперсном состоянии 30
1.4 Процессы биологической доочистки сточных вод, сбрасываемых в открытые водоемы и водотоки 40
1.5 Пути интенсификации механической очистки сильно загрязненных высокодисперсных стоков 52
1.6 Проблемы управления и прогнозирования функционированием систем биологической очистки 60
Собственные исследования 61
Глава 2. ОБЪЕКТЫ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 61
2.1 Экспериментальные исследования процессов гидродинамики и
массопередачи кислорода 61
2.1.1 Объекты исследований 61
2.1.2 Методики проведения экспериментальных исследований 62
2.2 Экспериментальные исследования процессов аэробной биологической очистки 64
2.2.1 Моделирование процессов функционирования биомассы.64
2.2.1.1 Модель Моно 67
2.2.1.2 Модель Герберта 70
2.2.2. Микробиология аэробной биологической очистки сточных вод активным илом 72
2.3 Процессы микробиологической очистки сточных вод в системах с иммобилизованной микрофлорой 81
2.3.1 Экспериментальные установки 81
2.3.2 Методы идентификации микроорганизмов биоценоза иммобилизованной биопленки 83
Глава 3 ГИДРОДИНАМИКА И МАССОПЕРЕДАЧА КИСЛОРОДА В
АЭРАЦИОННЫХ СООРУЖЕНИЯХ 110
3.1 Экспериментальные исследования влияния параметров аэрационной системы на гидродинамику процессов аэробной биологической очистки сточных вод 110
3.1.1 Результаты исследований 111
3.1.1.1 Теоретическое обоснование 111
3.1.1.2 Результаты экспериментов 113
3.2 Исследование процессов поддерживания твердых частиц во взвешенном состоянии 121
3.3. Массопередача кислорода в аэрируемых бассейнах 123
3.3.1 Влияние расхода воздуха 123
3.3.2 Влияние столба жидкости 128
3.3.3 Влияние размеров бассейна 128
3.3.4 Влияние погружения диффузора 132
3.4 Гидродинамика и массопередача кислорода в многофазовом реакторе 134
3.4.1 Гидродинамика многофазового реактора 134
3.4.2 Массопередача кислорода в многофазовом реакторе 137
3.4.3 Применение многофазового реактора в системах очистки сточных вод 141
3.5 Гидродинамика псевдоожиженного слоя в цилиндрическом и усеченно-коническом реакторе 145
3.5.1 Основные характеристики псевдоожиженного слоя 145
3.5.2 Математические модели процессов псевдоожижения 149
3.5.2.1 Потери нагрузки в фиксированном слое 149
3.5.2.2 Потери нагрузки в псевдоожиженном слое 150
3.5.2.3 Минимальное псевдоожижение 152
3.5.2.4 Максимальное псевдоожижение 154
Глава 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ АЭРОБНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД АКТИВНЫМ ИЛОМ 174
4.1 Аэротенки смесительного типа 174
4.1.1 Исследование балансов веществ 175
4.1.1.1 Баланс микроорганизмов активного ила на границе вторичного отстойника 175
4.1.1.2 Баланс микроорганизмов на границе смесителя перед аэротенком 175
4.1.1.3 Баланс субстрата на границе смесителя перед аэротенком 176
4.1.1.4 Баланс микробной массы на границах ферментера 176
4.1.1.5 Баланс субстрата на границах ферментера 179
4.1.2 Расчет станций очистки 188
4.2 Моделирование и расчет процессов многосекционного аэротенка- смесителя 192
4.2.1 Исследование балансов веществ 193
4.2.2 Расчет станций очистки 196
4.3 Моделирование и расчет процессов в гетерогенных аэротенках .198
4.3.1 Использование модели диффузионного поршня 198
4.3.2 Исследование балансов веществ .202
4.3.3 Расчет станций очистки 204
4.4 Моделирование и расчет процессов очистки в аэротенке- вытеснителе поршневого типа 210
4.4.1 Использование модели поршневого потока 210
4.4.2 Исследование балансов веществ 211
4.4.3 Расчет станций очистки 211
Глава 5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД В СИСТЕМАХ С ИММОБИЛИЗОВАННОЙ МИКРОФЛОРОЙ 238
5.1 Математическая модель реактора с биопленкой на неподвижном твердом носителе 240
5.2 Моделирование капельного биофильтра с засыпной загрузкой .250
5.2.1 Экспериментально-расчетные исследования процессов очистки биопленки на загрузочном материале 250
5.2.2 Гидравлические модели биофильтров с загрузкой 253
5.2.3 Технологические модели биофильтров с загрузкой 260
5.3 Моделирование биореакторов с вращающимися дисками 261
5.3.1 Исследования процессов окисления в биодисках 262
5.3.2 Моделирование и расчет биодисков 265
5.3.2.1 Модель биореактора с дисками, погруженными в жидкость ниже оси вращения 265
5.3.2.2 Модель биореактора с дисками, погруженными в жидкость выше оси вращения 266
5.3.2.3 Модель биореактора с дисками, полупогруженными в жидкость 268
5.4 Расчетно-экспериментальные исследования погружных аэрируемых биофильтров 270
Глава 6. УПРАВЛЕНИЕ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ В СООРУЖЕНИЯХ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД 303
6.1 Методология управления и прогнозирования микробиологическими процессами в сооружениях биологической очистки сточных вод 303
6.2 Результаты экспериментальных исследований по повышению эффективности седиментации дисперсных частиц за счет использования активного ила в качестве источника биофлокулянта 305
6.2.1 Результаты сравнительных испытаний эффективности аэробной биологической очистки при различных способах обработки исходной сточной воды перед подачей ее в первичный отстойник 307
6.2.2 Результаты сравнительных испытаний эффективности механической обработки исходной сточной воды при различных способах ее обработки перед подачей в первичный отстойник 309
6.2.3 Результаты исследований интегральных характеристик сточных вод при использовании в качестве источника коагулянта предварительно обработанного активного ила 309
6.2.4. Прогнозирование снижения нагрузок по загрязнениям на участок аэробной биологической очистки 313
6.2.5. Практические рекомендации по использованию результатов работы в практике строительства и реконструкции очистных сооружений 314
6.3 Управление процессом очистки сточных вод от азотных загрязнений и контроль степени очистки с помощью измерения редокс- потенциала 316
6.3.1 Результаты исследований 318
6.3.1.1 Условия функционирования установок 318
6.3.1.2 Нитрификация 321
6.3.1.3 Снижение редокс-потенциала и нитрификация 321 6.3.2 Управление процессами биологической очистки с помощью редокс-потенциала 322
6.4 Микробиологические исследования активного ила и сопутствующей ему микрофлоры 323
6.5 Использование микрофауны как потенциального индикатора активных илов на пилотной установке в фазе запуска 335
7. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 369
ВЫВОДЫ 420
ЛИТЕРАТУРА 423
ПРИЛОЖЕНИЯ 446
