В индустрията за пречистване на отпадъчни води често говорим за възрастта на утайката (θc), температурата на водата и BOD5 (Se), но малцина могат наистина да обяснят връзката между тези три. Всъщност тези три параметъра съставляват основния "златен триъгълник", влияещ върху стабилността на биологичните системи. Възрастта на утайката определя "средната продължителност на живота" на микроорганизмите в системата; температурата на водата контролира "ефективността" на микроорганизмите; и отпадъчните води OD5 (Se) отразяват директно окончателното третиране на "отчетната карта" на системата. С наближаването на зимата и падането на температурите на водата в пречиствателните станции за отпадъчни води в различни региони, тази статия, базирана на емпирични формули, получени от подходящи работни криви на множество пречиствателни станции за отпадъчни води, се задълбочава в количествената връзка между тези три фактора за справка при пречистването на водоснабдяването.
I. Ефектът на температурата върху въздействието на БПК5 на отпадъчните води: реални-модели от оперативни данни
Въз основа на дългосрочни-оперативни данни от множество пречиствателни станции за отпадъчни води, емпирични корелации между възрастта на утайката (θc) и БПК5 (Se) в различни температурни диапазони бяха получени чрез напасване на кривата. Тези формули демонстрират ясна тенденция: по-високите температури и по-силната микробна активност водят до по-ниска BOD5 на отпадъчните води за същата възраст на утайката; по-ниските температури правят по-трудно системата да отговаря на стандартите.
Връзките между различните температурни диапазони са показани по-долу.
1. Температура над 25 градуса
Където: r се отнася до коефициента на корелация, обикновено коефициента на корелация на Pearson, използван за измерване на силата на линейната корелация между две променливи.
2. Температура 20~25 градуса
3. Температура 15~20 градуса
4. Температура под 15 градуса
II. Задълбочена-интерпретация на основните модели
Модел 1: По-ниските температури водят до по-висока BPK5 на отпадъчните води – дори при същата възраст на утайката
Например: Ако приемем, че системата работи на θc=10 дни, като заместим във формулите по-горе:
По-висока от 25 градуса: Se ≈ 2,1 mg/L
15-20 градуса: Se ≈ 3,2 mg/L
По-малко от 15 градуса: Se ≈ 4,0 mg/L
Резултатите от изчисленията показват, че разликата в концентрацията на органични вещества в отпадъчните води може да бъде повече от два пъти. Причината е проста: при ниски температури метаболитната активност на микробите отслабва, степента на използване на субстрата намалява, което води до „недостатъчен капацитет за третиране“ при същата възраст на утайката.
Модел 2: Se и θc имат отрицателна експоненциална връзка-удължаването на възрастта на утайката винаги подобрява отпадъчните води, но подобрението намалява прогресивно. Всички показатели във формулата са отрицателни (-0,744, -0,674, -0,519, -0,554), което показва, че: нарастване на θc → намаляване на Se, но показателят е по-малък от 1; удвояването на θc няма да намали Se до половината от първоначалната му стойност. Тоест, след удължаване на възрастта на утайката до определена степен, по-нататъшното увеличаване на θc има ограничен ефект и ще причини проблеми като стареене на утайката, повишена нужда от кислород и по-лоши свойства за утаяване на утайката.
Следователно по-дългата възраст на утайката не винаги е по-добра; трябва да се намери оптимален баланс.
Модел 3: Коефициентът на корелация r в зоната с ниска-температура е по-нисък, което показва повишена нестабилност на системата.
В диапазона 15–20... В етапите под 15 градуса (r=0.55) и под 15 градуса (r=0.64), БПК5 на отпадъчните води се влияе по-значително от температурните колебания. Това показва, че при ниски-температурни условия микроорганизмите са по-чувствителни към промените в околната среда; системата е по-податлива на колебания в разтворения кислород и натоварването; и отпадъчните води са по-нестабилни, което изисква по-прецизен контрол.
III. Как да използваме тези формули в реална работа?
1. Увеличете възрастта на утайката предварително през зимата
В северните градове зимните температури на водата могат да паднат до 10–13 градуса. По това време се препоръчва да се увеличи θc до 12–18 дни, за да се компенсира намаляването на микробната активност, причинено от ниските температури. Ако възрастта на утайката се поддържа на 8–10 дни през лятото, отпадъчните води са предразположени към влошаване.
2. Намалете възрастта на утайката през лятото, за да увеличите капацитета на натоварване на системата за пречистване
Когато температурата на водата е над 25 градуса, поради високата микробна активност, възрастта на утайката може да бъде подходящо намалена до 6–8 дни, за да се увеличи-носещият капацитет на системата и да се намали обемът на утайката. Това е и причината, поради която много пречиствателни станции изпитват "голямо изхвърляне на утайки и лесна работа на системата" през лятото.
3. Този метод може да се използва за диагностика на процеса-определяне дали аномалиите в отпадъчния поток са причинени от възрастта или температурата на утайката.
Когато BOD5 в отпадъчните води се увеличи, следните стъпки могат да се използват за определяне на причината:
(1) Изчислете тока θc;
(2) Изберете съответната формула въз основа на температурата на водата, за да изчислите теоретичния Se;
(3) Сравнете теоретичната стойност с действителната стойност: Ако действителната стойност е много по-висока от теоретичната стойност, това означава шоково натоварване, недостатъчно разтворен кислород или токсични вещества; ако действителната стойност е близка до теоретичната стойност, но малко по-висока, това показва недостатъчна възраст на утайката или прекалено ниска температура.
Това е най-често използваният "метод за бърза диагностика" от оперативните инженери.
IV. Заключение: Разбирането на формулите е ключово за разбирането на логиката на работа на системата
Много хора са свикнали да преценяват работата на пречиствателните станции за отпадъчни води въз основа на опит, но опитът се нуждае от подкрепа с данни и тези емпирични формули осигуряват най-интуитивната количествена основа. Те ни казват, че: възрастта на утайката не е произволно зададена и трябва да бъде съобразена с температурата; ниската температура е най-голямото предизвикателство за биологичните системи и трябва да се вземат мерки предварително; зад промените в BPK5 на отпадъчните води стои цялостната реакция на микробната екосистема към околната среда. Разбирането на „връзката на златния триъгълник“ между възрастта на утайката, температурата на водата и BPK5 на отпадъчните води е от съществено значение за постигане на наистина прецизно управление на операциите, съсредоточено върху микроорганизмите.