Застосування процесів коагуляції для інтенсифікації технології біологічного очищення стічних вод

Перспективність та експериментальне підтвердження ефективності використання для вказаних цілей високоосновних оксихлоридних коагулянтів на стадії розділення муло-водяної суміші. Можливість застосування реагентів у період спухання активного мулу.

Рубрика Производство и технологии
Вид автореферат
Язык украинский
Дата добавления 26.08.2015
Размер файла 62,5 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ ТА ХІМІЇ ВОДИ

ім. А.В. ДУМАНСЬКОГО

УДК 628.345:628.356.3

05.17.21 - технологія водоочищення

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ЗАСТОСУВАННЯ ПРОЦЕСІВ КОАГУЛЯЦІЇ

ДЛЯ ІНТЕНСИФІКАЦІЇ ТЕХНОЛОГІЇ

БІОЛОГІЧНОГО ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД

КРАВЧЕНКО ОЛЕКСАНДР ВАЛЕРІЙОВИЧ

Київ-2009

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України і в ДП "Науково-дослідний та конструкторсько-технологічний інститут міського господарства" Мінжитлокомунгоспу України

Науковий керівник: академік НАН України, доктор хімічних наук, професор Гончарук Владислав Володимирович, Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України, директор інституту, завідувач відділу каталітичної очистки води

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, старший науковий співробітникМакаров Анатолій Семенович, Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України, провідний науковий співробітник відділу радіохімії та екології

доктор біологічних наук, професор Удод Віра Михайлівна, Київський національний університет будівництва і архітектури МОН України, професор кафедри охорони праці та навколишнього середовища

Захист відбудеться "21" квітня 2009 р. о 1530 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.183.01 по захисту дисертацій в Інституті колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України за адресою: 03680, МСП, м. Київ-142, бульвар Академіка Вернадського, 42.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України за адресою: 03680, МСП, м. Київ-142, бульвар Академіка Вернадського, 42.

Автореферат розісланий "20" березня 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат хімічних наук Т.І. Якимова

Анотації

Кравченко О.В. Застосування процесів коагуляції для інтенсифікації технології біологічного очищення стічних вод - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.21 - технологія водоочищення.- Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України, Київ, 2009.

Дисертацію присвячено дослідженню способів інтенсифікації технологій біологічного очищення стічних вод із застосуванням процесів коагуляції. Обґрунтовано перспективність та експериментально підтверджено ефективність використання для вказаних цілей високоосновних оксихлоридних коагулянтів на стадії розділення муло-водяної суміші. Доведено можливість застосування реагентів у період спухання активного мулу для нормалізації біологічного процесу очищення, а також для реабілітації спухлого мулу. Розроблено технологію інтенсивного очищення стічних вод активним мулом, який підтримується в стані спухання шляхом зменшення аеробності середовища, з подальшим розділенням муло-водяної суміші коагулянтами. Удосконалено метод інтенсифікації роботи та конструкцію аеротенків-освітлювачів за допомогою коагулянтів. Результати роботи впроваджені при реконструкції діючих станцій очищення стічних вод.

Ключові слова: очищення стічних вод, коагулянти, активний мул, розділення муло-водяної суміші, спухання, аеротенки-освітлювачі.

Кравченко А.В. Использование процессов коагуляции для интенсификации технологии биологической очистки сточных вод - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.21 - технология водоочистки. - Институт коллоидной химии и химии воды им. А.В. Думанского НАН Украины, Киев, 2009. мул оксихлоридний коагулянт

Диссертация посвящена исследованию способов интенсификации технологии биологической очистки сточных вод с использованием процессов коагуляции. Обоснованность применения коагулянтов для интенсификации биологической очистки связана с возможностью внедрения этой технологии на действующих очистных станциях при минимальных капитальных затратах.

Экспериментальным путем аргументирована перспективность реагентной интенсификации технологии биологической очистки сточных вод на стадии разделения ило-водяной смеси. Использование коагулянтов обеспечивает возможность преодоления принципиальных ограничений биологической очистки в аэротенках, а именно, недостаточное удаление соединений фосфора и высокая вероятность вспухания активного ила.

На основании сравнения ряда реагентов методом функционально-стоимостного анализа обосновано преимущество использования для этих целей высокоосновных оксихлоридных коагулянтов, в частности, отечественного реагента марки "Полвак-68". Разработана математическая модель разделения ило-водяной смеси под действием оксихлоридных коагулянтов, путем ее оптимизации определены технологические параметры процесса. Показано, что хотя сразу после подачи коагулянта в системе "аэротенк-вторичный отстойник" наблюдается незначительное снижение дозы активного ила, удаление органических соединений за счет непосредственного взаимодействия с коагулянтом препятствует снижению эффективности процесса очистки в этот период. После адаптации активного ила его доза в системе восстанавливается, а показатели качества очистки возрастают. Так, при дозе коагулянта 20 мг/дм 3 глубина очистки сточных вод достигала: по ХПК - 90,7%, БПК 5 - 97,2%, фосфатам - 89,8%. Разработанный метод повышения эффективности работы очистных сооружений внедрен в проект реконструкции КОС г. Чернигов.

Установлена возможность поддержания в системе аэротенк - вторичный отстойник повышенных доз активного ила при интенсификации разделения ило-водяной смеси коагулянтом и значительного увеличения глубины удаления органических соединений в этом процессе. Так, при дозе активного ила 4,2 г/дм 3 и дозе коагулянта 35 мг/дм 3 достигалась эффективность очистки до 93,8% и 97,8% по ХПК и БПК 5, соответственно.

Доказана возможность использования реагентов для нормализации процесса биологической очистки в период вспухания активного ила. В отличие от альтернативных методов борьбы со вспуханием применение коагулянтов позволяет быстро достичь нормативных показателей качества очищенных сточных вод. Кроме того, определено, что длительный (8-10 сут.) контакт с коагулянтом приводит к реабилитации вспухшего ила в сооружениях, т.е. к постепенному восстановлению его седиментационных свойств и дозы. Это явление объяснено уменьшением удельной поверхности ила при контакте с коагулянтом, приводящей к элиминации нитчатых микроорганизмов из популяции активного ила, что согласуется с гипотезой диффузионной селекции.

Разработан метод очистки сточных вод, в котором основным биологическим агентом выступает активный ил, поддерживаемый в состоянии вспухания путем снижения аэробности среды, а разделение ило-водяной смеси проводится с помощью оксихлоридного коагулянта. Благодаря высокой биодеструктивной способности вспухшего ила, метод позволяет: достичь глубокой очистки от органических соединений (более 98% по БПК) при экономии воздуха до 75% или обеспечить нормативное качество очищенных сточных вод при увеличении производительности сооружений на 80% при одновременной экономии воздуха на 55%. Метод защищен патентом Украины.

На основании анализа распределения коагулянта в аэротенках-осветлителях разработан способ их интенсификации путем одновременной подачи коагулянта на вход и в ярусы осветления. Разработаны технологические режимы и усовершенствованная конструкция аэротенков-осветлителей для их реализации. Экспериментально показана возможность увеличения производительности сооружений на 60% при обеспечении эффективности очистки: по взвешенным веществам - 87-89%, БПК 5 - 89-90%, ХПК - 74-78%, фосфатам - 73-75%. Способ интенсификации и усовершенствованная конструкция аппаратов защищены патентом Украины.

Ключевые слова: очистка сточных вод, коагулянты, активный ил, разделение ило-водяной смеси, вспухание, аэротенки-осветлители.

Kravchenko O.V. Coagulation processes application for biological wastewater treatment technology improvement. - Manuscript.

The thesis for a Candidate's degree in technical science by speciality of 05.17.21 - Water Treatment Technology. - A.V. Dumansky Institute of Colloid and Water Chemistry of the NAS of Ukraine, Kyiv, 2009.

The dissertation is devoted to development of intensification for biological wastewater treatment plants based upon coagulation processes usage. The application of high-alkaline oxychloride coagulants to intensify water-sludge separation was proposed and validated experimentally. The facilities of this method for treatment normalisation during sludge bulking and for active sludge rehabilitation were shown. The technology of intensive wastewater treatment based on usage of bulked sludge at microaerobic conditions and coagulant water-sludge separation was developed. The method of coagulant intensification for defecation in aero-tanks was also improved. The work results are implemented in reconstruction of wastewater treatment stations.

Keywords: waste-water treatment, coagulants, active-sludge, sludge-water separation, bulking, aerotanks-clarifiers.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Сьогодні проблема збереження і відтворення природних водойм і, насамперед, тих, що є джерелами питного водопостачання, посідає одне з перших місць у світі і особливо в Україні, де кількість запасів води в розрахунку на одну людину значно менша, ніж в інших європейських країнах. Основною причиною забруднення водних систем є скид неочищених та недостатньо очищених стічних вод різного походження.

В Україні більше 70% каналізаційних очисних станцій з продуктивністю понад 10 тис. м 3/добу використовують схеми, засновані на біологічному методі очищення з рециркуляцією активного мулу. Із-за недостатньої ефективності методу значна частка стічних вод після очищення не відповідає встановленим нормативним вимогам за показниками БСК, ХСК, вмісту сполук азоту і фосфору. Крім того, при біологічному очищенні періодично спостерігається спухання активного мулу, яке призводить до його виносу зі вторинних відстійників, зниження робочої дози і, в кінцевому підсумку, до різкого погіршення якості очищених стічних вод. У теперішній час проблема спухання активного мулу почала набувати загрозливого характеру, але питання поводження зі спухлим мулом залишається практично невирішеним.

В останнє десятиліття в народногосподарському комплексі України відбулися значні структурні перетворення, що призвело до суттєвих змін у кількісному та якісному складі стічних вод. Проте переважна більшість існуючих технологій виявляється неадекватною умовам сьогодення і, внаслідок цього, неспроможною забезпечити необхідну глибину очищення стічних вод. Крім того, нові технології зазвичай потребують будівництва додаткових споруд і значних капітальних затрат, що в умовах наявної економічної ситуації відкладає реалізацію таких рішень на невизначений термін. Таким чином, існує нагальна потреба у розробленні високоефективних методів інтенсифікації технології біологічного очищення, що дозволить підвищити якість очищених стічних вод.

Розв'язання зазначених наукових та практичних питань сприятиме досягненню більш високого рівня очищення стічних вод, а отже і реалізації державної політики у сфері охорони та збереження природних водних систем і, насамперед, джерел питного водопостачання.

Зв'язок з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана у відповідності до планів науково-дослідних робіт Інституту колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України - за відомчими темами "Розробка комплексних колоїдно-хімічних підходів при очистці та знезараженні води" (№ держ. реєстр. 0103U000916, 2003-2006 рр., виконавець), "Створення наукових засад управління процесами вилучення і трансформації органічних і неорганічних речовин при обробці води" (№ держ. реєстр. 0107U000149, 2007-2011 рр., виконавець) та ДП "Науково-дослідний та конструкторсько-технологічний інститут міського господарства" Мінжитлокомунгоспу України - за темами "Розробка та впровадження методу інтенсифікації роботи споруд біологічного очищення стічних вод із застосуванням інертних носіїв з іммобілізованим біоценозом та реагентної обробки" (№ держ. реєстр. 0105U006670, 2005-2006 рр.; виконавець) в рамках Галузевої програми енергозбереження у житлово-комунальному господарстві на 2001-2005 роки та на період до 2010 року (схвалена рішенням Колегії Держжитлокомунгоспу від 09.10.2001 №96), "Робочий проект будівництва каналізаційної насосної станції та мереж водовідведення стічних вод житлового масиву майбутньої забудови міста" (№ держ. реєстр. 0107U003319, 2007-2008 рр., виконавець).

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційного дослідження є розробка сучасних високоефективних реагентних методів інтенсифікації технології біологічного очищення і підвищення якості очищених стічних вод.

Для досягнення мети були поставлені наступні завдання:

- визначити раціональні шляхи використання коагулянтів у схемах біологічного очищення стічних вод;

- встановити реагенти, їх дози та технологічні режими застосування для інтенсифікації роботи очисних споруд;

- дослідити вплив коагулянтів на активний мул у звичайному стані та при спуханні, на формування завислого шару в аеротенках-освітлювачах; оцінити можливість підтримання і використання підвищених доз активного мулу при розділенні муло-водяної суміші коагулянтами;

- обґрунтувати можливість нормалізації роботи очисних споруд при спуханні активного мулу та використання його особливих властивостей для глибокого очищення стічних вод при застосуванні процесів коагуляції;

- розробити методи інтенсифікації технології біологічного очищення стічних вод.

Об'єкт дослідження - процеси біологічного очищення стічних вод.

Предмет дослідження - нативні стічні води і активний мул з діючих очисних станцій; спухлий мул; оксихлориди та сульфат алюмінію; комплексні органічні реагенти.

Методи дослідження. Для проведення досліджень використовували спеціально створені лабораторні установки, в яких моделювали відповідні схеми очищення та реальні режими роботи споруд. Напівпромислові дослідження здійснювали на пілотній установці блочно-модульної станції очищення стічних вод. Вперше були розроблені і використані методи отримання спухлого активного мулу в лабораторних умовах

Вплив реагентів досліджували методом пробної коагуляції. Показники якості стічних вод та характеристики активного мулу визначали відповідними методами хімічного і біологічного аналізу. Додатково було розроблено і використано методики визначення мікроорганізмів - збудників спухання мулу та оцінки активності мулу шляхом порівняння значень БСК.

Пошук оптимальних параметрів процесу розділення муло-водяної суміші проводили з використанням методів математичного моделювання та оптимізації. Отримані експериментальні дані обробляли стандартними математичними методами, для оцінки взаємозалежності окремих величин застосовували методи апроксимації.

Наукова новизна одержаних результатів.

Вперше:

- встановлено, що використання невисоких доз оксихлоридних коагулянтів не призводить до пригнічення активного мулу та зменшення ефективності біологічного очищення;

- визначено умови підтримання в системі аеротенк - вторинний відстійник підвищених доз активного мулу при застосуванні коагулянтів;

- обґрунтовано, що використання коагулянтів може сприяти реабілітації спухлого активного мулу;

- доведено можливість глибокого очищення стічних вод при використанні активного мулу, який підтримується в стані спухання шляхом зменшення аеробності середовища.

Удосконалено:

- процес відділення спухлого мулу від очищеної стічної рідини із застосуванням оксихлоридних коагулянтів;

- методи математичного опису процесів сепарації муло-водяної суміші.

Дістали подальшого розвитку:

- дослідження механізмів розподілення коагулянту в аеротенках-освітлювачах та формування завислого шару активного мулу у напрямку збільшення ефективності видалення фосфатів та підвищення продуктивності споруд.

Практичне значення отриманих результатів. В дисертації отримано результати, які дозволили розробити:

- метод реабілітації спухлого мулу коагулянтами та технологію очищення стічних вод підвищеними дозами спухлого мулу (одержано патент України);

- метод інтенсифікації роботи аеротенків-освітлювачів колонного типу та їх удосконалену конструкцію (одержано патент України);

- технологію інтенсифікації вторинного відстоювання з використанням коагулянтів (впроваджено у проект реконструкції КОС м. Чернігів);

- технологію глибокого очищення стічних вод підвищеними дозами активного мулу (впроваджено на ЦОС №1 м. Запоріжжя).

Особистий внесок здобувача. Автором особисто проведений інформаційний пошук та аналіз наукової літератури, самостійно обґрунтовано мету та завдання дослідження, здійснено комплекс експериментальних досліджень. Його особистим надбанням також є розробка і вибір методик, організація та планування експериментів, узагальнення та аналіз одержаних результатів, розробка математичних моделей, створення рекомендацій та технологічних рішень на їх основі, а також підготовка завдання на внесення змін у конструкторську документацію. Дисертант брав безпосередню участь у проведенні пілотних досліджень, підготовці матеріалів для отримання патентів, розробці рекомендації щодо впровадження розроблених методів.

Постановка загальної задачі досліджень, трактування результатів та обговорення висновків дисертації проводились спільно з науковим керівником акад. НАН України, д.х.н., проф. Гончаруком В.В. В обговоренні окремих результатів досліджень брали участь к.т.н. Свердліков А.І., к.б.н. Залевський В.С., Лессік М.Д.

Апробація результатів. Основні положення та результати дисертаційних досліджень були представлені на Міжнародних конгресах: "ЕТЕВК: Екологія, технологія, економіка, водопостачання, каналізація" (м. Ялта, Україна) у 2003р. та 2007 р., "ЕКВАТЕК" (м. Москва, Росія) у 2004 р. та 2008 р., а також на науково-практичній конференції у м. Миргород, 2008 р.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 7 робіт, у тому числі 4 статті у фахових виданнях, тези 1 доповіді; одержано 2 патенти України.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, додатку та списку використаних джерел. Повний обсяг дисертації - 180 стор., вона містить 41 рисунок, 25 таблиць, 1 додаток на 4 сторінках, список використаних джерел літератури з 309 найменувань на 35 сторінках.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми, визначено мету, завдання, об'єкт та предмет дисертаційного дослідження, розкрито наукову новизну і практичне значення отриманих результатів, приведено дані щодо їх впровадження, апробації та опублікування.

У першому розділі (огляд літератури) здійснено ретельний аналіз наявних джерел літератури щодо сучасного стану питання інтенсифікації біологічного очищення стічних вод. Переважна більшість запропонованих методів потребує додаткових стадій, а отже і будівництва нових очисних споруд, наявності вільних площ, збільшення витрат матеріальних, енергетичних, фінансових та інших ресурсів, що в економічних умовах сьогодення практично немає перспектив. Таким чином, розв'язання проблеми підвищення ефективності очищення стічних вод повинно здійснюватись на основі розробки нових методів інтенсифікації, придатних для реалізації на діючих очисних станціях.

Недостатня ефективність біологічного очищення стічних вод зумовлена, насамперед, низьким рівнем видалення сполук фосфору та високою вірогідністю спухання активного мулу. Збільшення глибини очищення може досягатись шляхом введення окремих мікроорганізмів у популяцію мулу або підвищенням його дози, значення якої лімітується стадією розділення муло-водяної суміші.

Відомі методи боротьби зі спуханням активного мулу передбачають повну зупинку споруд або зниження їх продуктивності, і не можуть забезпечити швидкого досягнення нормативних вимог якості очищених стічних вод.

Теоретично використання коагулянтів може призводити до покращення седиментаційних властивостей мулу, а отже і сприяти забезпеченню працездатності очисних споруд в період спухання. Перспективність застосування для цих цілей реагентних методів підтверджується і відомими рішеннями.

За результатами інформаційного пошуку зроблено висновок щодо можливості застосування для інтенсифікації технології біологічного очищення стічних вод процесів коагуляції, показано наявність доступних вітчизняних реагентів та теоретично обґрунтовано метод розділення муло-водяної суміші коагулянтами.

У другому розділі охарактеризовано використані у дослідженні модельні установки, методики проведення експериментів, аналітичного контролю та обробки одержаних результатів.

Для наближення експериментальних досліджень до реальних умов розроблено методику лабораторного моделювання циклу "аеротенк - вторинний відстійник - регенератор" та створено установку аеротенка-освітлювача. У пілотних дослідженнях використано один з модулів блочно-модульної станції очищення стічних вод.

Розроблено методику визначення видової приналежності мікроорганізмів - збудників спухання активного мулу, метод визначення активності мулу, заснований на порівнянні значень БСК, та методи отримання спухлого активного мулу в лабораторних умовах.

У третьому розділі на основі експериментальних досліджень на діючих очисних станціях проведено порівняння можливих схем застосування реагентів і показано перспективність інтенсифікації коагулянтами стадії розділення муло-водяної суміші. На підставі аналізу і узагальнення отриманих результатів для досліджуваних реагентів, зокрема, сульфату та оксихлоридів алюмінію, композитних коагулянтів, встановлено орієнтовні оптимальні дози для інтенсифікації розділення муло-водяної суміші (табл.1) та знайдено приріст ефективності очищення стічних вод за основними показниками

Таблиця 1 Значення оптимальних доз реагентів для інтенсифікації розділення муло-водяної суміші

Марка реагенту

Оптимальна доза, мг/дм 3

Сульфат алюмінію

160

Сульфат алюмінію

ПАА

100

5

Полвак-68

10-20

Аква-Аурат-18

10-20

Мур-флок-300

10-20

Мур-флок-300-1

10-20

Розрахунками за методом функціонально-вартісного аналізуобґрунтовано доцільність застосування у вищевказаних процесах вітчизняного реагенту - високоосновного оксихлоридного коагулянту марки "Полвак-68".

За результатами експериментів відповідно до ортогонального плану, обчислено невідомі коефіцієнти нелінійної стохастичної моделі:

Eа = a0+adD+atzTz+atvTv+ad,tzDTz+ad,tvDTv+atvtz TvTz+ad2D2+atz2Tz2+atv2Tv2,

де D - доза коагулянту, мг/дм 3;

Tz - час перемішування мішалкою (в режимі 40±5 об/хв.), хв.;

Tv - час відстоювання, хв.;

a - параметричні коефіцієнти;

Еа - збільшення ефективності очищення у порівнянні з контролем, %.

Шляхом багатокритеріальної оптимізації моделі за допомогою програмного пакету "MathCad 13" виявлено три оптимальні режими для покращення ефекту розділення муло-водяної суміші, а саме:

- доза коагулянту 34 мг/дм 3 та час відстоювання 90 хв. забезпечували максимальну глибину очищення;

- доза 18 мг/дм 3 та час відстоювання 90 хв. відповідали режиму економії реагенту;

- доза 42 мг/дм 3 давала можливість скоротити час відстоювання з 90 до 55 хв. і збільшити продуктивність вторинних відстійників.

Враховуючи отримані результати, в подальших експериментальних дослідженнях використовували близькі до оптимальних дози "Полвак-68" - 35 та 20 мг/дм 3.

Для оцінки впливу коагулянтів на стан активного мулу проводили експерименти з моделювання схеми "аеротенк - вторинний відстійник - регенератор". При введенні коагулянту протягом перших 2-3 діб спостерігалось зменшення дози мулу на 10%, але надалі цей показник відновлювався і зростав додатково на 15% - майже до 2,5 г/дм 3. При дозі коагулянту 20 мг/дм 3 сумарна ефективність очищення складала: за ХСК - 90,7%; БСК 5 - 97,2%; фосфатами - 89,8%; амонійним азотом - 84,5%.

Оскільки концентрація активного мулу в очисних спорудах обмежується можливістю його відділення від очищеної стічної рідини, а коагулянти безпосередньо впливають на седиментаційні властивості мулу, інтенсифікація розділення муло-водяної суміші відкриває шлях до підвищення робочої дози мулу в системі. Експериментальним шляхом встановлено, що при дозі коагулянту 35 мг/дм 3 доза мулу підтримується на рівні 4,2 г/дм 3. Ефективність очищення при цьому досягала: за ХСК - 93,8%; за БСК 5 - 97,8%.

Четвертий розділ роботи присвячено дослідженням спухлого мулу у присутності реагентів. За результатами експериментів встановлено, що при дозі коагулянту 30 мг/дм 3 можна не тільки відновити ефективність очищення до рівня контролю (без спухання активного мулу), але й підвищити її за показниками завислих речовин, ХСК, БСК і, особливо, загального фосфору (табл. 2).

Таблиця 2 Ефективність очищення стічних вод звичайним і спухлим мулом

Тип досліджуваного мулу

Ефективність очищення, %

ХСК

БСК 5

БСК 20

Завислі речовини

Загальний фосфор

Контроль (без спухання)

72,9

89,6

87,7

93,0

3,8

Спухлий мул, без коагулянту

62,6

84,5

86,1

65,3

6,3

Спухлий мул, доза коагулянту 30 мг/дм 3

88,5

95,2

96,9

97,0

87,5

Крім того, при довготривалому контакті мулу з реагентом спостерігалось поступове збільшення його дози, зменшення мулового індексу і покращення показників якості очищеної стічної води, тобто відбувалась реабілітація мулу. Таким чином, експериментами підтверджено, що зменшення питомої поверхні мулу за рахунок дії коагулянту сприяло пригніченню нитчастої мікрофлори, що узгоджується з дифузійною гіпотезою селекції. Одержані результати засвідчили, що завдяки реабілітації мулу введення реагенту може бути тимчасовим до нормалізації біологічного процесу і припинятися після відновлення властивостей мулу.

За результатами апроксимації результатів досліджень визначено, що при високих мулових індексах спостерігаються більші значення питомого видалення органічних речовин, зокрема за БСК 5 тобто, спухлий мул проявляє більшу біодеструктивну здатність ніж звичайний.

Одержаний висновок засвідчив про перспективність використання спухлого мулу як основного біологічного агенту очищення. Проте для реалізації такої технології необхідно запобігти вищеописаному процесу реабілітації і забезпечити підтримання активного мулу у стані спухання. З цією метою в лабораторних умовах досліджено властивості спухлого мулу, одержаного різними шляхами (табл. 3).

При пробній коагуляції різних зразків мулу встановлено, що для всіх його типів, за виключенням актиноміцетного (отриманого при зниженні рН), доза коагулянту 30 мг/дм 3 є достатньою для відновлення седиментаційних властивостей.

Таблиця 3 Видова приналежність основних збудників спухання в залежності від способу отримання мулу

Характеристики спухлого мулу

Значення характеристик спухлого мулу, одержаного за рахунок

Токсинів (ZnSO4, CuSO4)

Сірки (Na2S2O3)

Перевантаження (NH4Cl, H3PO4)

дисбалансу (меляса)

зниження

аероб. повітря

рН(H2SO4)

Довжина ниток, мкм

200-250

200-250

300-350

250-350

300-350

20-25

Діаметр клітин, мкм

0,7-2,5

1,4-1,5

1,8-2,0

1,8-2,0

1,9-2,0

1,0-1,7

Септованість/ розгалуженість

-

-

-

-

-

+/+

Наявність чохлів

+ в окр. клітин

-

+

+

+

+

Наявність і форма гранул сірки

+ сфера

+ сфера

відс.

відс.

відс.

відс.

Забарвлення за Грамом

Г -

Г -

Г -

Г -

Г -

Г +

Забарвлення за Нейслером

*

*

*

*

*

N +

Вірогідний збудник

021N + Thiotrix

021N

Sphaer.

Sphaer.

Sphaer.

Nocard.

Примітка. * - не проводилось

Мул, отриманий шляхом перевантаження органічними речовинами, мав на 15% більшу активність, ніж звичайний, а отриманий в умовах зниженої аеробності - на 8%. Інші зразки характеризувалися нижчою ніж у контролі активністю. Враховуючи вищевикладене та можливості подальшого практичного застосування найбільш доцільним методом підтримання мулу у спухлому стані визначено зниження аеробності середовища, яке може досягатись через зменшення кількості повітря на аерацію.

Для встановлення оптимальних параметрів процесу (рівня аерації, дози мулу) проведено культивування активного мулу в замкнутих умовах при введенні коагулянту дозою 35 мг/л на стадії розділення муло-водяної суміші. При витратах повітря на аерацію 20 та 10 м 3/м 3 активний мул спухав лише у динамічній фазі (перед загибеллю); при 5 м 3/м 3 - знаходився у спухлому стані протягом всього експерименту. Подальше зменшення рівня аерації викликало загибель активного мулу. Оптимальна доза мулу при витратах повітря 5 м 3/м 3 складала 4,5 г/дм 3. При збільшенні продуктивності лабораторної установки на 80%, оптимальні значення цих показників, дорівнювали 9 м 3/м 3 і 5 г/дм 3, відповідно.

У дослідженнях з очищення стічних вод штучно підтриманим у стані спухання активним мулом (табл.4) встановлено, що даний процес може бути реалізованим у двох напрямах: глибоке очищення стічних вод з ефективністю зниження БСК 5 до 98,4% при одночасній економії повітря на аерацію до 75%, або збільшення продуктивності споруд до 80% з одночасною економією 55% повітря при якості очищеної стічної води на рівні чинних нормативів.

Таблиця 4 Ефективність очищення стічних вод мулом, штучно підтриманим у стані спухання

Режим обробки

Значення показників

ХСК

БСК 5

NH4+

PO43-

Зав. реч.

Вхід

абс., мг/дм 3

310,5

135,2

10,4

3,5

289

Очищення при нормальній продуктивності

без коагулянту

абс., мг/дм 3

115,5

4,9

-

-

-

ефект., %

62,8

96,4

-

-

-

з коагулянтом

абс., мг/дм 3

35,1

2,2

-

-

-

ефект., %

88,7

98,4

-

-

-

Очищення при збільшенні продуктивності на 80%

без коагулянту

абс., мг/дм 3

155,9

33,7

-

-

-

ефект., %

49,8

75,1

-

-

-

з коагулянтом

абс., мг/дм 3

49,4

14,3

1,7

0,6

14,2

ефект., %

84,1

89,4

83,7

82,9

95,1

У п'ятому розділі досліджено процес очищення стічних вод із застосуванням коагулянтів в аеротенках-освітлювачах. За результатами експериментів встановлено, що оксихлоридний коагулянт марки "Полвак-68" у дозах до 80 мг/дм 3 не змінює активності мулу (визначеної за показником БСК 5), але при подальшому зростанні концентрації реагенту призводить до її зниження. Так, ефективність очищення стічних вод за БСК 5 при підвищенні дози коагулянту до 200 мг/дм 3 знижувалась на 27-34%.

Через достатньо складний характер руху рідини в окремих зонах аеротенків-освітлювачів мають місце різні процеси. Тому, ефективність застосування коагуляції в значній мірі залежить від правильного вибору точок введення реагенту. За результатами трасерного експерименту з визначення напрямів розподілення коагулянту в залежності від місця його вводу в аеротенк-освітювач, встановлено, що подача реагенту на вхід забезпечувала роздільне протікання процесів коагуляції та біологічного очищення; в нижню частину ярусів освітлення - сприяла ущільненню активного мулу, збільшуючи стійкість споруд до перевантаження.

Величину доз реагенту, необхідних для подачі в яруси освітлення, визначено шляхом дослідження стабільності завислого шару активного мулу. Згідно експериментальних даних побудовано графічні залежності потрібної дози коагулянту від витрат рідини. З технологічної точки зору для забезпечення надійної експлуатації аеротенків-освітлювачів потрібно підтримувати завислий шар активного мулу у 80-90% реакційного об'єму. Діапазон між вказаними кривими на графіку відповідає оптимальній дозі коагулянту при заданих витратах стічних вод.

У дослідженнях процесу очищення стічних вод з підвищеним вмістом сполук фосфору (в цьому випадку необхідна доза реагенту визначалась, виходячи з ефективності видалення фосфатів) встановлено: якщо величина цієї дози була більшою за визначену, надлишкову кількість реагенту необхідно подавати на вхід установки. На лабораторній установці також експериментально доведено, що при реалізації вказаних режимів можна досягти ефективної роботи при збільшенні продуктивності апарату на 60%.

На підставі отриманих результатів розроблено удосконалену конструкцію аеротенків-освітлювачів з винесеною зоною аерації, в якій для подачі реагенту до ярусів освітлення використано один зі збірних колекторів

На завершальному етапі проведено пілотні дослідження з інтенсифікації процесу очищення стічної води в аеротенках-освітлювачах з використанням оксихлоридних коагулянтів, результатами яких (табл.5) підтверджено, що шляхом подачі коагулянту на вхід споруд та в яруси освітлення можна досягти високої якості очищення стічних вод та глибокого видалення фосфатів навіть при перевантаженні аеротенків-освітлювачів на 60%.

Таблиця 5 Результати пілотних досліджень з інтенсифікації аеротенків-освітлювачів колонного типу

Доба

Витрати, м 3/год

Доза коаг., мг/дм 3

Завислі речовини

ярус

вхід

мг/дм 3

Ефект., %

води

повітря

вхід

вихід

1

1,2

40

0

0

85,1

14,2

83,3

2

1,2

40

0

0

77,2

17,9

76,8

3

1,2

40

0

50

82,4

16,1

80,5

4

1,2

40

0

50

84,1

7,8

90,7

5

1,2

40

0

50

75,5

7,7

89,8

6

2

40

0

50

88,1

8,9

89,9

7

2

40

0

50

81,5

8,3

89,8

8

2

40

0

50

76,5

8,1

89,4

9

2

40

0

50

69,9

7,9

88,7

10

2,8

56

30

20

75,5

8,2

89,1

11

2,8

56

30

20

77

8,6

88,8

12

2,8

56

30

20

69,7

8,3

88,1

13

2,8

56

30

20

70,7

8,4

88,1

14

2,8

56

30

20

74,4

8,2

89,0

15

2,8

56

30

20

72,2

8,1

88,8

16

2,8

56

30

20

70,8

8,1

88,6

17

3,2

64

50

10

66,9

8,7

87,0

18

3,2

64

50

10

72,1

8,3

88,5

19

3,2

64

50

10

73,8

8,2

88,9

20

3,2

64

50

10

70

8,2

88,3

21

3,2

64

50

10

69,5

8,4

87,9

Доба

БСК 5

ХСК

Фосфати

мг/дм 3

Ефект., %

мг/дм 3

Ефект., %

мг/дм 3

Ефект., %

вхід

вихід

вхід

вихід

вхід

вихід

1

105,7

20,8

80,3

272,3

114,5

58,0

5,6

5

10,7

2

99,8

23,8

76,2

254,4

107,8

57,6

5,2

4,6

11,5

3

118,4

18,2

84,6

296

70,5

76,2

5,4

1,3

75,9

4

120,5

15,1

87,5

302,2

71,3

76,4

5,3

1,1

79,2

5

127,3

10,8

91,5

318,2

77,5

75,6

5,8

1,3

77,6

6

108,7

8,7

92,0

266,5

59,5

77,7

5,9

1,2

79,7

7

110,5

8,9

91,9

272

62,1

77,2

6,4

1,6

75,0

8

105,7

9

91,5

263

49,5

81,2

5,8

1,1

81,0

9

121,9

10,9

91,1

293,8

61,2

79,2

5,7

1,1

80,7

10

135

13

90,4

321,8

74,2

76,9

5,2

1,6

69,2

11

136,7

12,4

90,9

330,1

75,5

77,1

5,4

1,8

66,7

12

125,7

11,6

90,8

305,8

70,7

76,9

5,2

1,7

67,3

13

111,4

10,7

90,4

275,6

65,2

76,3

5,4

1,9

64,8

14

121,4

12,2

90,0

303,5

78,8

74,0

5,7

2

64,9

15

130

12,6

90,3

310,5

79,6

74,4

5,3

1,7

67,9

16

116,5

11,3

90,3

289,5

73,7

74,5

5,5

1,8

67,3

17

127,7

13,9

89,1

322,8

78,8

75,6

5,6

1,5

73,2

18

120,8

12,9

89,3

301,9

69,8

76,9

5,7

1,5

73,7

19

130,4

12,8

90,2

325

72,7

77,6

5,2

1,3

75,0

20

105,7

10,7

89,9

263,7

60,9

76,9

5,8

1,5

74,1

21

118,4

11,8

90,0

289,8

69,5

76,0

5,7

1,5

73,7

Висновки

У дисертаційному дослідженні отримано нові дані щодо особливостей застосування процесів коагуляції для інтенсифікації технології біологічного очищення стічних вод, обґрунтовано та визначено оптимальні реагенти, дози і режими їх використання та розроблено ефективні методи, прийоми і конструкції, які знайшли практичне впровадження.

На підставі одержаних результатів сформульовано наступні загальні висновки.

1. Для вирішення задачі підвищення ефективності очищення стічних вод розроблено нові підходи і технологію застосування процесів коагуляції для інтенсифікації біологічного очищення стічних вод.

2. За результатами експериментів, проведених на діючих очисних станціях, визначено, що найбільш перспективним шляхом застосування процесів коагуляції для удосконалення технології біологічного очищення є інтенсифікація розділення муло-водяної суміші. Методом функціонально-вартісного аналізу встановлено доцільність використання для вищевказаних цілей вітчизняного високоосновного оксихлоридного коагулянту марки "Полвак-68". На основі розробки і аналізу математичної моделі визначено оптимальні технологічні параметри процесу. Експериментально показано, що при дозі реагенту 20 мг/дм 3 він не тільки негативно не впливає на активність мулу, але й підвищує глибину очищення стічних вод за ХСК - до 90,7%, за БСК 5 - до 97,2%, за фосфатами - до 89,8%. Розроблений метод підвищення ефективності роботи очисних споруд впроваджено як один з елементів у проекті реконструкції КОС м. Чернігів.

3. Доведено, що використання коагулянтів при розділенні муло-водяної суміші дозволяє забезпечити стабільну роботу системи біологічного очищення при підвищеній дозі мулу. Так, при дозі активного мулу 4,2 г/дм 3 і дозі коагулянту 35 мг/дм 3 можна досягти якості очищення до 93,8% та 97,8% за ХСК та БСК 5, відповідно.

4. Показано, що використання коагулянтів, на відміну від інших методів боротьби зі спуханням активного мулу, дає можливість одразу досягти якості очищених стічних вод на рівні встановлених нормативів. Крім того, зменшення питомої поверхні мулу за рахунок дії коагулянту призводить до поступової елімінації з нього нитчастих мікроорганізмів, що узгоджується з гіпотезою дифузійної селекції. На основі досліджень розроблено метод нормалізації роботи очисних споруд при спуханні активного мулу.

5. Дослідним шляхом виявлено взаємозв'язок між причинами спухання, його основними збудниками і властивостями утвореного мулу. На підставі експериментальних даних розроблено метод очищення стічних вод, де основним біологічним агентом виступає спухлий активний мул, а розділення муло-водяної суміші проводиться за допомогою оксихлоридного коагулянту "Полвак-68". Завдяки високій біодеструктивній здатності спухлого мулу застосування методу дозволяє досягти глибокого видалення органічних сполук (понад 98% за БСК 5) при економії до 75% повітря, або забезпечити нормативну якість очищених стічних вод при збільшенні продуктивності очисних споруд на 80% та економії повітря на 55%. Метод захищено патентом України.

6. На основі аналізу отриманих даних щодо розподілення коагулянту в аеротенках-освітлювачах, розроблено спосіб інтенсифікації роботи цих споруд, визначено оптимальні режими та запропоновано відповідні конструктивні удосконалення. Експериментально доведено можливість збільшення продуктивності споруд на 60% при ефективності очищення: за завислими речовинами - 87-89%, БСК 5 - 89-90%, ХСК - 74-78%, фосфатами - 73-75%. Спосіб інтенсифікації та удосконалену конструкцію апаратів захищено патентом України.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Кравченко А.В. Методология составления математических моделей сооружений биологической очистки сточных вод хозяйственно-бытового стока / А.В. Кравченко // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - 2003, № 11. - с. 143-148.

2. Кравченко О.В. Інтенсифікація роботи аеротенків-освітлювачів з використанням оксихлоридних коагулянтів /О.В. Кравченко // Проблеми водопостачання, водовідведення та гідравліки. Науково-технічний збірник. - 2007, № 9. - с. 126-136.

3. Кравченко О.В. Стохастична модель оптимізації технологічних режимів розділення муло-водяної суміші коагулянтами / О.В. Кравченко, В.С. Залевський // Вісник Національного університету водного господарства та природокористування МОН України. Збірник наукових праць. - 2007, № 4 (40), ч. 2. - с. 494-506.

Дисертантом зроблено огляд літератури, складено ортогональний план експерименту, проведено лабораторні дослідження, обробку отриманих даних, розрахунок коефіцієнтів математичної моделі, її оптимізацію та написання статті.

4. Мамонтов Ю.Б. Интенсификация работы иловых площадок. /Ю.Б. Мамонтов, А.В. Кравченко // Водоснабжение и санитарная техника. - 2007, №8. - с. 30-32.

Дисертантом підготовлено план експериментів, підбір відповідних методик, здійснено лабораторні дослідження, узагальнення та аналіз отриманих даних, написання статті.

5. Пат 32868 Україна, МПК C02F 3/12, C02F 9/14. Спосіб інтенсифікації очищення стічних вод в аеротенках-освітлювачах / О.В. Кравченко; заявник і власник патенту ДП НДКТІ МГ. - № u200711520, заявл. 17.10.2007р.; опубл. 10.06.2008р., Бюл. №11.

6. Пат 28981 Україна, МПК C02F 3/12, C02F 9/14. Спосіб очищення стічних вод / Лессік М.Д., Яременко Л.В., Кравченко О.В.; заявник і власник патенту ДП НДКТІ МГ. - № u200710238, заявл. 14.09.2007; опубл. 25.12.2007р., Бюл. №21.

Дисертантом проведені лабораторні дослідження з інтенсифікації розділення суміші спухлого активного мулу і стічних вод; запропоновано методики, розроблено плани експериментів, проведено дослідження і узагальнено отримані дані щодо способів підтримання активного мулу у стані спухання.

7. Кравченко А.В. Математическое моделирование гидродинамики зон осветления аэротенка-осветлителя на основе численного решения краевой задачи средствами программного пакета Femlab 2.3 / Кравченко А.В., Свердликов А.И. // Шестой международный конгресс Вода: экология и технология ЭКВАТЭК-2004. Материалы конгресса, ч.ІІ. - М.: Сибико, 2004 - C. 653.

Дисертантом проведено експериментальні дослідження з визначення гідродинаміки аеротенків-освітлювачів, узагальнення отриманих даних та розроблено детерміновану математичну модель гідродинаміки ярусів освітлення, підготовлено текст доповіді.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Екологічні проблеми забруднення стічних вод. Вимоги до складу та властивостей стічних вод, які скидаються у міську каналізацію. Суть і сфери застосування технології біологічного очищення води. Обробка стічних хлором та речовинами, що його вміщують.

    курсовая работа [113,9 K], добавлен 16.03.2011

  • Фізико-хімічні та технологічні особливості біологічного методу очищення стічних вод коксохімічного виробництва. Розробка проекту очисної установки: матеріальний, технологічний, механічний та гідравлічний розрахунки аеротенку та вторинного відстійника.

    дипломная работа [205,3 K], добавлен 04.04.2012

  • Класифікація сировини, її якість, раціональне і комплексне використання. Підготовка мінеральної сировини перед використанням (подрібнення, збагачення, агломерація). Застосування води в промисловості, способи очищення та показники, які визначають якість.

    реферат [1021,5 K], добавлен 05.11.2010

  • Сучасні технології, засоби та методи очищення авіаційних палив; дослідження процесів відстоювання механічних забруднень в резервуарній групі аеропорту. Шкідливі виробничі фактори, зменшення рівня їх впливу; забезпечення пожежної та вибухової безпеки.

    дипломная работа [2,9 M], добавлен 15.08.2011

  • Характеристика умов випуску стічної води. Оцінка концентрацій забруднень в стоках. Визначення необхідного ступеня очистки за завислими і органічними речовинами. Розрахунок споруд для механічного, біологічного очищення та дезінфекції каналізаційних вод.

    курсовая работа [2,1 M], добавлен 27.10.2010

  • Проектування тарілчастої колони безперервної дії для розділення суміші метилового спирту і води при атмосферному тиску. Підбір розбірного пластинчастого підігрівача вихідної суміші з симетричною двухпакетною схемою компонування пластин. Розрахунок насосу.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 20.11.2013

  • Основні поняття про сухі будівельні суміші та області їх застосування. Особливості заводської технології виготовлення СБС. Розрахунок параметрів змішувача та клинопасової передачі. технологія проектування машини для перемішування сухих будівельних сумішей

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 13.09.2009

  • Сутність та особливості методу термотрансферного друку. Його переваги та недоліки. Принципи технології та області застосування термотрансферного друку. Сфери застосування шовкографії. Процес одержання зображення на відбитку способом трафаретного друку.

    реферат [35,1 K], добавлен 22.11.2011

  • Устаткування для очищення і сепарації зернової суміші. Технічна характеристика каміннявідокремлюючих машин та магнитних сепараторів, їх устрій та принцип роботи. Підготовка зерна до помелу. Характеристика продукції, що виробляється на млинах України.

    реферат [539,7 K], добавлен 02.01.2010

  • Фізико-хімічні основи процесу очищення води методом озонування. Технологічна схема очищення з обґрунтуванням вибору основного обладнання. Принцип дії апаратів, їх розрахунок. Екологічне та економічне обґрунтування впровадження нового устаткування.

    дипломная работа [635,2 K], добавлен 10.04.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.