Інтенсифікація роботи очисних споруд каналізації прикріпленими мікроорганізмами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Інтенсифікація роботи очисних споруд каналізації прикріпленими мікроорганізмами

Приходько Людмила Миколаївна

05.23.04 - Водопостачання, каналізація

УДК 628.35

Харків - 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:

- доктор технічних наук, доцент

Епоян Степан Михайлович,

кафедра “Водопостачання, каналізації і гідравліки ” Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури, завідувач.

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор кафедри “Гідравліка та водовідведення” Київський національний університет будівництва та архітектури Таварткіладзе Іусуф Мухамедович;

- кандидат біологічних наук, старший науковий співробітник Горбань Наталія Сергіївна Український науково-дослідний інститут екологічних проблем, завідувач лабораторії “Міські та промислові стічні води”.

Провідна установа:

Харківська державна академія міського господарства, кафедра “Водопостачання, водовідведення та очистки вод” Міністерства освіти і науки України, м. Харків.

Захист відбудеться 4 жовтня 2000р. об 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.056.03 при Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури за адресою: 61002, м. Харків, вул. Сумська, 40.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури за адресою: 61002, м. Харків, вул. Сумська, 40.

Автореферат розісланий 1 вересня 2000 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

Колотило М.І.

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи.

Перехід багатьох водотоків України з розряду водоймищ культурно-побутового користування в рибогосподарські істотно змінили вимоги до ефективності роботи очисних станцій каналізації, до якості очищення стічних вод.

Економічне становище України, міст і промислових підприємств не дозволяє здійснювати нове будівництво, робити великі капітальні вкладення у водоохоронні комплекси, тому інтенсифікація роботи очисних станцій можлива тільки за рахунок удосконалювання технології водоочищення, використання нових досягнень науки і техніки в поліпшенні роботи комплексу очисних споруд.

Одним із найбільш перспективних методів підвищення ефективності роботи очисних станцій є метод біологічного очищення, що базується на використанні комплексу прикріплених мікроорганізмів та тих, що вільно плавають. Застосування його можливо без припинення роботи діючих очисних станцій, проте, недостатня вивченість параметрів методу, необхідного співвідношення кількості прикріплених гідробіонтів та тих, що вільно плавають, яке забезпечить необхідні значення якості очищеної води перешкоджає широкому поширенню методу.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконана у відповідності з регіональною програмою “Екологічне оздоровлення басейну ріки Сіверський Дінець”, а також з планом Міністерства освіти і науки України “Розробка теорії екологічної безпеки та надійності життєдіяльності для об'єктів будівництва, промисловості та впровадження екологічних систем оборотного водопостачання машинобудівних та металургійних підприємств, які виключають скид стічних вод у водоймища України” (держ. реєстр №0194U038207) і тісно зв'язана з планами госпдоговірної тематики ХДТУБА (госпдоговори №№ держ. реєстрації 0195U010138, 0198U002514).

Мета і задачі дослідження.

Метою дисертаційної роботи є розробка біотехнології очищення стічних вод прикріпленими мікроорганізмами та тими, що вільно плавають, для інтенсифікації роботи діючих каналізаційних очисних станцій.

Для досягнення поставленої мети вирішувалися такі задачі:

аналіз сучасних даних про просторову сукцесію мікроорганізмів при біологічному очищенні стічних вод і властивостях різноманітних гідробіонтів до флокуляції, пластівцеутворення, про вплив наявності прикріплених мікроорганізмів на седиментаційні властивості активного мулу аеротенків;

вибір технічного рішення форми, засобу і місця розміщення насадки в обємі аеротенків;

одержання залежності гідравлічної крупности і мулового індексу активного мулу аеротенків від кількості прикріплених мікроорганізмів, які утримуються специфічною полімерною насадкою в обсязі аеротенків;

встановлення залежності приросту біомаси гідробіонтів у системі аеротенк-вторинний відстійник від наявності в ній прикріплених мікроорганізмів;

визначення питомих швидкостей нітри-денітрифікації сполук азоту в аеротенках із співтовариствами прикріплених гідробіонтів та тих, що вільно плавають;

техніко-економічна оцінка використання методу інтенсифікації роботи діючих каналізаційних очисних станцій за допомогою внесення в аеротенки насадки для утримання прикріплених мікроорганізмів.

Об'єкт дослідження - міські та промислові стічні води.

Предмет дослідження - метод інтенсифікації біологічної очистки міських та промислових стічних вод за допомогою прикріплених мікроорганізмів.

Методи дослідження.

Дослідження виконано у лабораторних та промислових умовах на пілотній і експериментальній установках. На лабораторній установці дослідження проводили з використанням прикріплених на волокнистій насадці мікроорганізмів. при цьому виконували лабораторні дослідження за допомогою оптичних приладів. Активну біомасу визначали по гідрогіназній активності активного мулу. На промисловій установці визначали ефективність окислення органічних вуглецевміщуючих речовин, а також забруднень, що відносяться до групи азоту, з використанням зразків-свідків з діючих аеротенків.

Наукова новизна одержаних результатів:

встановлено взаємозв'язок між співвідношенням кількості прикріплених гідробіонтів та тих, що вільно плавають у системі аеротенки-вторинні відстійники і гідравлічною крупністю і муловим індексом активного мулу;

виявлено зниження на третину приросту активного мулу аеротенків при наявності в спорудах прикріплених мікроорганізмів у кількості більше 10% від загальної біомаси;

встановлено, що поплавці з насадкою треба розташовувати у верхній частині коридорів аеротенків, уздовж барботерів аераторів, над факелами повітряного потоку, утвореного барботерами;

знайдено значення питомих швидкостей нітри-денітрифікації стічних вод співтовариством прикріплених мікроорганізмів та тих, що вільно плавають;

отримано математичні залежності для проектування споруд біологічного очищення стічних вод з урахуванням нітри-денітрифікації при використанні комплексу прикріплених мікроорганізмів та тих, що вільно плавають.

Практичне значення одержаних результатів:

розроблено технологічні рішення по інтенсифікації й ефективності роботи діючих каналізаційних очисних станцій;

використання комплексу прикріплених на полімерних жорстких йоржах та активному мулі аеротенків який вільно плаває, на діючій каналізаційній очисній станції дозволило в 1,5 рази збільшити її продуктивність при істотному поліпшенні якості очищеної стічної рідини;

отримано параметри методу для реконструкції діючих очисних станцій без їхнього припинення на період реконструкції;

використання методу інтенсифікації роботи діючих каналізаційних очисних станцій за допомогою розміщення в аеротенках йоржевої насадки для утримання прикріплених мікроорганізмів дозволяє знизити капітальні витрати на доведення якості очищених стічних вод до необхідного рівня.

Особистий внесок автора:

аналіз літературних даних про стан біологічних систем;

участь у проектуванні і будівництві пілотної та експериментальної установок для очищення стічних вод, розробка конструкцій обладнання для аеротенків;

одержання лабораторних даних, проведення досліджень на лабораторних установках, обгрунтування параметрів для проектування;

участь у проектуванні реконструкції очисних споруд м.Сургута, проведення промислових досліджень;

запропоновано рекомендації на проектування будівництва та реконструкції каналізаційних очисних споруд.

Апробація роботи. Основний зміст роботи доповідався на міжнародній виставці-конференції “ЭКВАТЭК- 2000” (м. Москва, травень 2000 р.), на Донецькій регіональній науково-практичній конференції “Стратегія управління соціально-економічним розвитком регіону на період до 2010 року” (1999 р.), на науково-технічних конференціях у: ДДАБА м. Макіївка (1999 р.), ХДТУБА м. Харків (1999, 2000 рр.).

Публікації. За результатами роботи опубліковано 5 друкованих робіт у різних видавництвах України та Росії, в тому числі 3 без співавторів.

Структура та обсяги дисертації.

Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку літератури (115 найменувань), додатків. Робота включає 105 сторінок основного тексту, 25 малюнків, 5 таблиць.

1. зміст роботи

мікроорганізм очищення стічний вода

У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульовано мету і задачі досліджень, подано положення наукової новизни і практичної значимості отриманих результатів.

У першому розділі розглядаються теоретичні основи біологічного очищення стічних вод активним мулом, вплив навантаження на біомасу активного мулу, віку мула на його седіментаційні властивості й окисну потужність. Добові і годинні зміни складу і витрат стічних вод істотно впливають на гідравлічні характеристики активного мулу, питому швидкість окислення, спроможність трансформувати складні і токсичні органічні і мінеральні речовини, особлива увага приділена розчиненому у воді кисню. Значне поліпшення процесу біологічного очищення стічних вод, стабільність якості очищеної води досягнуті завдяки використанню іммобілізованих мікроорганізмів. Значний внесок в обґрунтування доцільності застосування біологічного методу, що базується на використанні як прикріплених мікроорганізмів, так і тих, що вільно плавають, зробили вітчизняні вчені: П.І. Гвоздяк, М.І. Куліков, Й.М. Таварткіладзе, Н.О. Путіліна, Ф.В. Стольберг; вчені Росії: І.В. Скирдов, С.В. Яковлєв, Н.О. Базякіна, С.М. Строганов, К.М. Корольков, М.А. Євилевич, Л.І. Гюнтер, В.М. Швецов, Ю.О. Феофанов, И.І. Роговська, Ю.В. Воронов, Т.О. Корюхина, Н.О. Лукиних, Є.С. Разумовський, А.О. Бондарєв, Б.М. Рєпін; вчені країн Європи, Азії, Америки: Леттинга, Ардерн, Локкет, Герберт, Єккенфельдер, Ватанабе, Судзуки, Окада, Эшли, Ким, Мак-Киней, Поликар, Пфеффер, Мак-Карти, Аткинсон, Чанг і інші.

викладені теоретичні передумови використання комбінації прикріплених гідробіонтів та тих, що вільно плавають, для інтенсифікації роботи комплексу аеротенки-вторинні відстійники. Дослідження В.Д. Климухина, Н.О. Дубової, П.І. Гвоздяка показали, що наявність в обсягу аеротенків прикріплених мікроорганізмів позначається на усталеності роботи аеротенків, седиментаційних властивостях активного мулу і на величину його приросту, проте запропоновані ними технічні рішення з реалізації методу не дозволили довести його до реального використання на великих діючих очисних станціях. технічне рішення повинно бути доведене до проектних рекомендацій науковими даними про основні закономірності впливу прикріплених гідробіонтів на седиментаційні властивості активного мулу, на його приріст і окисну потужність. Необхідно забезпечити усталеність роботи комплексу за рахунок раціонального розміщення насадки в обсягу аеротенків. Форма насадок, їх розміри і кількість не повинні перешкоджати циркуляції активного мулу, розчиненню у воді кисню повітря і сприяти створенню застійних зон з анаеробним біоценозом.

У розділі сформульовані задачі досліджень по встановленню місця розміщення в аеротенках плаваючих контейнерів із йоржевою насадкою, їх кількості і параметрів впливу прикріпленого біоценозу на активний мул аеротенків.

другий розділ присвячений лабораторним дослідженням на експериментальних пілотних очисних установках і зі зразками-свідками насадки у виробничих аеротенках очисної станції м. Сургута. Приведено методики досліджень і конструкції пілотних очисних установок.

На першому етапі досліджень був вивчений вплив співвідношення частки прикріпленого біоценозу в загальній кількості біомаси гідробіонтів, що працюють в аеротенках з насадкою на гідравлічну крупність і муловий індекс активного мулу, який вільно плаває. вже при частці прикріплених мікроорганізмів на рівні 10% седиментаційні властивості активного мулу істотно поліпшуються.

Змішаний мул значно стабільніше по седиментаційним характеристикам. При цьому вже при дозі прикріплених мікроорганізмів у загальній біомасі мікроорганізмів аеротенків біля 10% муловий індекс знижується вдвічі, що дозволяє на 25-30% підвищити гідравлічне навантаження на вторинні відстійники без погіршення параметрів якості очищених стічних вод. Збільшення дози прикріплених мікроорганізмів понад 30% не має сенсу, оскільки не призводить до істотного поліпшення процесу відстоювання, подальшому зниженню приросту біомаси, зменшенню концентрації азоту амонійного і органічних речовин які важко окислюються, наприклад, ПАР. Поліпшення параметрів якості очищеної стічної рідини пояснюється значним збільшенням віку мулу й автоселекції, що відбувається на насадці. насадка, утримуючи мікроорганізми, які повільно зростають, сприяє зберіганню різноманітних гідробіонтів, що не може бути досягнуте в мулі який вільно плаває, при великих навантаженнях по органічних речовинах, коли перевагу мають гідробіонти, що ростуть на органічних речовинах, які легко засвоюються.

Детальне вивчення місця розміщення насадки в об?ємі виробничих аеротенків за допомогою розміщення в них зразків-свідків і оцінки дегідрогеназної активності біомаси зразків гідробіонтів, які утримуються насадкою, показало, що насадку доцільно розміщати у факелі повітряного потоку від барботерів аерації коридору аеротенка у верхній частині (ближче до поверхні води). Якщо насадка перебуває за межами факела, то в ній зменшується частка активної біомаси (х_акт) із загальної кількості гідробіонтів, що утримуються (х_общ). Найбільший вплив на співвідношення активної і загальної біомаси в залежності від місця положення насадки в обсязі коридору аеротенка відзначене поблизу місця входу в аеротенк неочищених стоків, де в муловій суміші утримується максимальна кількість органічних домішок, які легко окислюються.

Дослідженнями на пілотній очисній установці з використанням реальних міських стічних вод м. Сургута і комплексу прикріплених мікроорганізмів та активного мулу, який вільно плаває, обміряні статистично осереднені значення питомих швидкостей денітрифікації і нітрифікації.

Середня питома швидкість денітрифікації складає 20,8мг(NO₃-) одним грамом сухої беззольної речовини прикріплених мікроорганізмів у годину. При цьому утримання розчиненого кисню в обсязі аеротенка не підтримувалося на рівні 0,5-1,0мгО₂/л, а було не нижче 2,0мгО₂/л. Очевидно у середині йоржів гідробіонти створюють локальні зони з низьким утриманням розчиненого кисню внаслідок уповільненого масообміну з зонами проходження бульбашок повітря.

Питома швидкість нітрифікації склала 5,07мгNH₄⁺ одним грамом сухої беззольної речовини гідробіонтів у годину.

У третьому розділі наведено результати досліджень запропонованої технології інтенсифікації роботи діючої очисної станції в напіввиробничих умовах на переобладнаній секції аеротенка каналізаційної очисної станції м. Сургута.

Експериментальна секція аеротенків другої черги очисної станції м. Сургута виконана чотирьохкоридорною і має подачу стоків по розподільному лотку в другий і третій коридори, а зворотний активний мул подається в перший коридор, який є регенератором. При реконструкції секції в нітри-денітрифікатор частину стоків (приблизно половину розрахункової витрати стоків, що припадає на секцію) направили в початок першого коридору. В теперішній час на секцію аеротенка другої черги надходить 1200 м³/год стічних вод і приблизно 700,0 м³/год зворотного активного мулу з концентрацією мулу приблизно 7 г/л. У початок першого коридору за допомогою ерліфта, встановленого в трубі діаметром 1000мм у торці розподільного лотка стічних вод, і виконаного діаметром 300мм, організована подача 250 м³/год відстояних у первинних відстійниках стічних вод.

Крім того, з четвертого коридору секції за допомогою ерліфта діаметром 300мм перекачується на вхід першого коридору не менше 300 м³/год мулової суміші.

Таким чином, на вхід першого коридору створений потік суміші зворотного активного мулу (700 м³/год), мулової суміші аеротенка (300 м³/год), відстояного стоку (250 м³/год), усього 1250 м³/год рідини з концентрацією активного мулу:

.

Реально концентрація активного мулу коливається від 4,2 до 4,9 г/л.

У грудні 1999року в суміші концентрація азоту амонійного коливалася в пробах води від 7,0 до 12 мг/л, а азоту нітратного від 5 до 11 мг/л. БПК_повн мулової суміші складала приблизно 40мг О₂/л.

Концентрація розчиненого кисню в рідині першого коридору підтримувалася на рівні 1мг О₂/л. Перший коридор обладнаний поплавцями-контейнерами розміром 1 х 4 х 1,5м, що мають 216 м “жорстких” полімерних йоржів, скручених дротом, що не іржавіє. Усього в коридорі встановлено 25 поплавців із 5400 м йоржа діаметром 120 мм із волокнами діаметром 0,3 мм капронової монониті ліски.

У другий коридор секції аеротенка розосереджено через переливні вікна лотка , що подає , додатково надходить до 1000 м³/г відстояного стоку.

У другому і третьому коридорах секції встановлені поплавці-контейнери розміром 1х1х1,5м, по 4 штуки в ряду поперечного перетину коридору, усього 120 штук на коридор. У одному поплавці поміщено 54 м жорсткого полімерного йоржа діаметром 120мм. У 120 поплавцях утримується 6480 м йоржів.

У четвертому коридорі за аналогією з першим коридором встановлено 25 поплавців розмірами 1х1,5х4,0 м і 5400 м йоржів. Усього в секції знаходиться 5400+12960+5400=23760 м полімерних йоржів вагою біля 2,4 т.

Подача повітря в другому коридорі секції забезпечує утримання розчиненого у воді кисню на рівні 1,0ё 2,2мг О₂/л, а в III і IV коридорах на рівні 3,5ё 4,5мг О₂/л.

Оскільки активний мул експериментальної секції змішувався з активним мулом інших секцій аеротенків другої черги у вторинних радіальних відстійниках, то зміни в біоценозі мулу другої секції впливали на властивості мулу всіх трьох секцій, і це уповільнювало становлення мулової системи. Наведена зміна мулового індексу активного мулу аеротенків другої черги з 1 листопада до 10 січня (дані щотижневих вимірів).

Надалі муловий індекс стабілізувався на рівні 60-70мл/г.

Відбір проб мулової суміші здійснювався у 7 точках.

У тому числі точка 1 відповідає входу стоків в експериментальну секцію після проходження первинних відстійників. Точка 2 розташована на відстані 6м від початку першого коридору, точка 3 знаходиться в місці перетікання мулової суміші з першого коридору в другий; точка 4 розташована на завороті мулової суміші з другого коридору в третій; точка 5 знаходиться на звороті з третього коридору в 4 й; точка 6 відповідає виходу мулової суміші з четвертого коридору і точка 7 відповідає місцю злиття потоків мулової суміші з усіх трьох секцій аеротенків.

Біомаса денітрифікаторів у I і II коридорах розташовується у всьому обсязі між волокон йоржів, має своєрідну каркасну структуру із слизами, що легко стікають із волокон при вийманні йоржів із води.

Біомаса нітрифікаторів у III і IV коридорах крупинчаста, не містить слизів і легко пропускає через йоржі бульбашки повітря, тому йоржі не замулюються і не потребують регенерації.

Біоценоз прикріплених мікроорганізмів I і II коридорів легко флокулюється в рідині, яка знаходиться в стані спокою, в значні, важкі пластівці, що швидко осідають, у тому числі й у суміші з активним мулом. Очевидно, що він і відповідальний за зниження мулового індексу активного мулу аеротенків II черги.

Під час обростання йоржів у денитрифікаторах на початку січня 2000 року функція I і II коридорів у деякій мірі змінилася. У них почали протікати одночасно і процеси денітрифікації, і процеси нітрифікації. Особливо в першому коридорі, куди із стічними водами надходить незначна кількість органічних забруднень, а з муловими сумішами, що рециркулюють, подається значна кількість розчиненого кисню і мікроорганізмів - нітрифікаторів. Утримання азоту амонійного в мулової суміші I коридору знаходиться на рівні 0,5 мг/л. У йоржах протікають процеси денітрифікації, оскільки слизи каркасного мулу не пропускають усередину йоржів бульбашки повітря, усередині йоржів створюються умови дефіциту розчиненого кисню, тобто ідеальні умови для протікання процесу денітрифікації.

Суто нітрифікаційні процеси спостерігаються в четвертому коридорі і в другій половині третього коридору, що відбивається на деякому зниженні рН стічних вод до кінця четвертого коридору.

Напіввиробниче дослідження з великими кількостями міських стічних вод підтвердили реальність запропонованого засобу інтенсифікації роботи діючих КОС, висвітлили основні задачі реконструкції конкретної станції і дозволили уточнити виявлені лабораторними дослідженнями закономірності, параметри для проектування.

У четвертому розділі на підставі лабораторних і напіввиробничих досліджень сформульовані рекомендації по залученню комбінації прикріплених гідробіонтів та тих, що вільно плавають, для удосконалення роботи діючих аеротенків і вторинних відстійників КОС.

Збільшення окисної потужності одиниці об'єму аеротенків можливо двома шляхами: внесенням деякої кількості насадки разом з прикріпленими на ній гідробіонтами, збільшенням концентрації активного мулу в муловій суміші зворотного активного мулу внаслідок зниження мулового індексу й ущільнення мулу у вторинному відстійнику.

Зниження мулового індексу активного мулу який вільно плаває у залежності від кількості розміщеної в аеротенках насадки і початкового мулового індексу активного мулу діючих аеротенків можна визначати по емпіричним залежностям, які встановлені у кожному конкретному випадку експериментально. проте, якщо кількість розміщеної в аеротенках насадки забезпечує наявність у них не менше 10% біомаси прикріплених гідробіонтів від загальної кількості мікроорганізмів, що діють у системі аеротенки - вторинні відстійники, то можна прийняти остаточну величину мулового індексу, рівній 60мл/г, а розмір гідравлічного навантаження на вторинні відстійники визначати по формулі (66) СНиП2.04.03-85:

Qssa = 3,6 ^. k_set ^. U_o,

де: U_o - гідравлічна крупність активного мулу після реконструкції аеротенків, дорівнює 1,4 мм/с;

k_set - коефіцієнт корисного використання обсягу вторинних відстійників, прийнятий по п. 6.61 СНиП2. 04. 03-85.

Таким чином, граничне гідравлічне навантаження на радіальні відстійники не повинно перевищувати 2,3 м³/м².г, горизонтальні відстійники - 2,5 м³/м².г, вертикальні відстійники - 1,8 м³/м².г.

Пропускання додаткових витрат стічних вод при збільшенні гідравлічного навантаження на комунікації в межах 40% проектної продуктивності не викликає ускладнень, оскільки всі лотки і дюкера закладаються при проектуванні з урахуванням можливості пропускання кількості стічних вод, рівного 1,4Q_расч.

Коригування подачі і розподілу повітря по довжині коридорів секцій аеротенків повинні враховувати нові значення окисної потужності аеротенків, розміщення в них насадки для утримання прикріплених мікроорганізмів, доцільність утримання насадки в факелі повітряних потоків від барботерів аерації, оскільки це визначає кількість активно працюючої біомаси прикріплених і орієнтованих гідробіонтів.

При реалізації вимог варіанта реконструкції діючих КОС, коли необхідно забезпечити нітри-денітрифікацію стічних вод, припадає вирішувати такі задачі: визначити можливість залучення об?ємів регенераторів активного мулу аеротенків КОС, які не раціонально використовуються, і де процеси нітрифікації азоту амонійного, що протікають активно, створили проблему надлишкової кількості нітратного азоту в очищеній стічній рідині; зробити перерозподіл потоків відстояних у первинних відстійниках стічних вод по довжині коридорів секцій аеротенків для здійснення процесів денітрифікації, зробити коригування окисної потужності в одиницю об'єму аеротенків з урахуванням проведення процесів нітрифікації і денітрифікації; виконати коригування системи аерації коридорів аеротенків з урахуванням розміщення насадки і введення нітрифікації і денітрифікації; запроектувати додаткові комунікації для перекидання стічних вод і мулових сумішей по новій технологічній схемі роботи аеротенків.

Якщо фактично склалося, що в часи максимального притоку стічних вод в очищеній й відстояній у вторинних відстійниках стічної рідини утримання нітратного азоту наближається або перевищує припустимий рівень (9,1 мг/л по азоту), то це свідчить, що аеротенки недовантажені, працюють у режимі нітрифікації і виділений у вторинних відстійниках зворотний активний мул не потребує регенерації, тому що не містить сорбованих, але не окислених органічних речовин. У регенераторах можуть протікати при цьому стабілізаційні процеси самоокислення і нітрифікації залишкових кількостей азоту амонійного. Якщо статистичні дані експлуатації КОС фіксують такий стан очищених стічних вод, то слід казати про можливість застосування варіанта реконструкції аеротенків на діючих КОС із проведенням нітри-денітрифікації.

Задача перерозподілу місця запровадження в аеротенки потоку відстояних у первинних відстійниках стічних вод вирішується індивідуально для аеротенків із різноманітною долею об?єму, виділеною під регенератор.

Найбільш раціонально весь потік вихідного стоку направити в початок регенератора, оскільки при цьому можна отримати найбільшу концентрацію нітратного азоту в мулової суміші з найбільшою концентрацією органічних речовин стічної рідини, що забезпечують хід процесу денітрифікації за рахунок ферментативних реакцій, що протікають при участі мікроорганізмів - денітрифікаторів із специфічною клітинною оболонкою. Специфіка клітинних оболонок денітрифікаторів полягає в їх спроможності до флокуляції. Клітинні мембрани капсулювані липкими слизами, що і забезпечує їхні флокулюючі властивості.

При розміщенні в коридорах секції волокнистої насадки саме в регенераторах на насадці відбудеться закріплення денітрифікаторів і насадка стане джерелом постійного внесення в муловий потік гідробіонтів, що флокулюють. Безумовно, насадка є гідравлічним опором для циркулюючого у поперечному перетині коридору аеротенка мулової суміші. Муловий потік фільтрується через насадку, у середині насадки бульбашки повітря швидше виводяться з рідини в атмосферу і тому саме в насадці створюються більш сприятливі умови для протікання процесів денітрифікації. Вихідний стік після змішування з зворотним активним мулом створює найбільший дефіцит кисню, тому наявність у потоку зворотного активного мулу нітратів полегшує задачу постачання киснем співтовариства прикріплених гідробіонтів, та тих, що вільно плавають. У той же час ставиться задача знешкодити цілком визначену кількість нітратів С_н і, якщо кількість нітратів, внесених в аеротенк із поворотним активним мулом недостатня, то її потрібно збільшити за рахунок створення додаткового потоку мулової суміші Q_ил із кінця останнього коридору секції аеротенка на вхід у регенератор.

Додаткові комунікації для перекидання вихідного стоку і мулової суміші проектуються на витрати Q_ил і окремо для кожної секції аеротенків, як правило, із використанням ерліфтів для створення напору при перекиданні потоків через стінки лотків, що захищають, і перегородок аеротенків.

Загальна маса азоту амонійного, який підлягає нітрифікації, складає:

().

Питома швидкість окислення азоту амонійного активним мулом , що нітрифікує, при концентрації розчиненого у воді кисню не менше 3 мг О₂/л може бути прийнята 5 мл/г беззольної речовини в годину.

Тоді при масі активного мулу, що вільно плаває, в аеротенках по беззольній речовині , потрібна концентрація мулу, що вільно плаває в аеротенках може бути знайдена з рівності:

( ) = 5 ;

( )/5 .

Окисна потужність біомаси нітрифікаторів, що вільно плавають, не може бути:

5 ,

де: k_н - потреба в кисні 1 г NH₄⁺, дорівнює 4,44гО₂/л.

Якщо в коридорах нітрифікації секцій аеротенків утримується не більш 10% прикріплених гідробіонтів, то загальна не перевищить 1,1^. .

У коридорах денітрифікації необхідно знешкодити масу нітратів М_н, яка дорівнює:

М_н = ( ) ^. 3,39 - С_н = Q_возв ^. С_н + Q_ил ^. Сн.

З цієї рівності можна обчислити розмір С_н:

С_н = ( ( ) ^. 3,39)/ ( + Qвозв + Qил ),

де: С_н - концентрація нітратів в очищеній воді, найменший розмір = 40мг/л;

- відповідно концентрації азоту амонійного у вихідному стоку, витрачена на приріст активного мулу і припустима до скидання з очищеними стічними водами, мг/л;

Q_возв - витрата зворотного активного мулу, м³/год;

3,39 - вихід нітратів у г на г амонію.

У об?ємі коридорів денітрифікації повинна розміститися така кількість насадки і прикріплених до неї мікроорганізмів, щоб забезпечити денітрифікацію всієї маси нітратів М_н, які необхідно видалити. При питомій швидкості денітрифікації специфічною біомасою прикріплених гідробіонтів, що складає за даними досліджень автора 20мг(NO₃-)/г сухої беззольної речовини в год, необхідно мати біомасу прикріплених денітрифікаторів , рівної =М_н/20.

При утриманні на 1м довжини йоржа діаметром 120мм біля 160 г беззольної речовини денітрифікаторів кількість насадки в зонах денітрифікації повинна бути не менше:

, м. або .

Якщо врахувати, що частина денітрифікаторів, прикріплених на насадці, що знаходиться за межами факела повітряного потоку, має меншу активність, то потрібну кількість насадки варто подвоїти .

Як правило, регенератори і перші після регенераторів коридори аеротенків обладнують подвоєною кількістю барботерів, тому окисна потужність біомаси прикріплених, орієнтованих і гідробіонтів , що повільно плавають, у коридорах денітрифікації цілком забезпечується окисною спроможністю системи барботерів аерації. Існує потреба в коригуванні систем аерації коридорів нітрифікації, оскільки в них варто підтримувати концентрацію розчиненого кисню більш 4мгО₂/л. При розрахунку системи аерації в коридорах нітрифікації варто використовувати залежність:

; м³/м³,

де: розміри k₁,k₂,k₃,k_т і С_а варто сприймати відповідно до п.6.157 СНиП2.04.03-85;

4,6 - потреба в кисні на окислювання азоту амонійного, мг/мг;

С₀- концентрація розчиненого у воді кисню, не менше 4 мг О₂/л;

- питома витрата повітря в зонах нітрифікації, м³/м³год.

В цей час продовжується реконструкція інших черг КОС.

Оцінка економічної ефективності використання комбінації прикріплених гідробіонтів та тих, що вільно плавають, у діючих аеротенках КОС виконана в порівнянні з іншими способами зміни продуктивності й ефективності роботи діючих очисних станцій.

Економічний ефект від упровадження йоржевої насадки у м. Сургуті склав:

Є = З₂ - З₁ = 6577,665 - 1932,125 = 4645,54 тис. руб.

Загальні висновки

Наявність у системі аеротенк - вторинний відстійник більш 10% за масою прикріплених мікроорганізмів від загальної біомаси гідробіонтів забезпечує збільшення гідравлічної крупності пластівців активного мулу, зниження мулового індексу до рівня 60-70мл/г. Це дозволяє у півтори рази збільшити гідравлічне навантаження на вторинні відстійники, концентрацію активного мулу у зворотної мулової суміші та окислювальну спроможність аеротенків.

Розміщення йоржів у верхній частині коридорів аеротенків, уздовж барботерів аераторів, над факелами повітряного потоку, утвореного барботерами гарантує високий рівень активності прикріпленого біоценозу і незамулювання жорстких йоржів.

Наявність в аеротенках прикріплених мікроорганізмів сприяє скороченню на третину приросту біомаси гідробіонтів, збільшенню глибини очищення стічних вод від важкоокислюваних органічних та мінеральних речовин.

Як на стадії денітрифікації, так і на стадії нітрифікації прикріплені мікроорганізми забезпечують одночасне протікання обох процесів при високому рівні утримання розчиненого у воді кисню внаслідок створення мікрозон із сприятливими умовами життєдіяльності відповідних гідробіонтів.

Реконструкція однієї секції аеротенків з установкою в ній плаваючих контейнерів із йоржевою насадкою з ліски діаметром 0,3мм дозволила забезпечити стійке зниження мулового індексу активного мулу трьох секцій аеротенків і зменшити винос завислих речовин із вторинних відстійників.

Обростання насадки з полімерних йоржів відбувається протягом 2-3 місяців і потім стабілізується на визначених рівнях, що різняться розмірами в зонах нітрифікації і денітрифікації.

Залучення регенераторів аеротенків під денітрифікатори дозволяє забезпечити кількість нітратів в очищеній стічній рідині на припустимому рівні для випуску в поверхневе водоймище.

Реалізація запропонованої схеми може бути здійснена не тільки для нових об'єктів, але, і що дуже важливо, на діючих очисних спорудах без їх зупинки на реконструкцію. Використання результатів даної роботи в проекті реконструкції очисних споруд м. Сургута з збільшенням продуктивності від 100 тис.м³/доб. до 150 тис.м³/доб. дозволило забезпечити річний економічний ефект у розмірі 4645,5 тис. руб. Розроблені технічні рішення використовуються на КОС м. Краматорська та м. Горлівки (ВАТ “Концерн Стирол”).

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Приходько Л.Н. Теоретические предпосылки возможности увеличения производительности действующих канализационных очистных станций (КОС) без строительства дополнительных емкостных сооружений. // Вісник ДДАБА. - Збірник наукових праць. - Макіївка, Вид. ДДАБА. -2000. -Вип.3(23). -С.12-13.

2. Приходько Л.Н. Опыт увеличения производительности и эффективности очистки на городской канализационной станции. // Проблемы экологии. - науч.-техн. ж. - Донецк: ДоНГТУ-2000.-Вып.1. -С.3-5.

3. Эпоян С.М., Приходько Л.Н. Полупроизводственные исследования работы очистной станции г. Сургута. // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2000. - Вип.9. - с.164-168.

4. Приходько Л.Н. Нитри-денитрификация сточных вод сообществом прикрепленных и свободноплавающих гидробионтов. // Коммунальное хазяйство городов. - Науч.-техн. сб. - Харьковская государственная академия городского хозяйства. - Киев: Техника, 2000. - Вып.23. - С.104-107.

5. Зубов М.Г., Приходько Л.Н. Увеличение производительности действующих канализационных очистных станций без строительства дополнительных емкостных сооружений. Четвертый международный конгресс “Вода: экология и технология” ЭКВАТЭК -2000, тез. докл., М. - 2000. с.510.

Анотація

Приходько Л.М. Інтенсифікація роботи очисних споруд каналізації прикріпленими мікроорганізмами. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.04. - водопостачання, каналізація. - Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Харків, 2000.

Наведені результати теоретичних і експериментальних досліджень застосування комплексу прикріплених мікроорганізмів та тих, що вільно плавають, із метою інтенсифікації роботи біологічного очищення стічних вод і поліпшення якості очищення стічних вод.

Встановлено залежності впливу дози прикріплених мікроорганізмів на седиментаційні властивості активного мулу, гідравлічну крупність, муловий індекс, глибину очищення, приріст мулу і його зольність.

Запропоновано технологію очищення стічних вод із використанням плаваючих контейнерів із насадкою з жорстких йоржів, розміщених у секціях аеротенків.

Дані рекомендації на використання даної технології з метою інтенсифікації роботи діючих очисних споруджень.

Врахована економічна ефективність застосування волокнистої насадки для інтенсифікації роботи споруджень біологічного очищення стічних вод.

Ключові слова: біологічне очищення, прикріплені мікроорганізми, біомаса гідробіонтів, нітрифікація, денітрифікація, окислювальна потужність, приріст біомаси, активний мул, седиментаційні властивості, муловий індекс, плаваючі контейнери.

Аннотация

Приходько Л.Н. Интенсификация работы очистных сооружений канализации прикрепленными микроорганизмами. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.23.04. - водоснабжение, канализация. - Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры, Харьков, 2000.

Диссертационная работа посвящена научному обоснованию использования комплекса прикрепленных и свободноплавающих микроорганизмов с целью интенсификации работы действующих станций биологической очистки сточных вод, улучшению качества очищенной воды.

На основании анализа литературных данных выявлена целесообразность внесения в действующие сооружения биологической очистки сточных вод активным илом насадки для удерживания прикрепленного биоценоза.

Экспериментами на лабораторных пилотных установках и производственной секции аэротенка установлены зависимости влияния дозы прикрепленных микроорганизмов на седиментационные свойства активного ила, его иловый индекс, гидравлическую крупность, прирост и зольность.

Наличие не менее 10% прикрепленных микроорганизмов от общей биомассы гидробионтов в аэротенках позволяет в полтора раза увеличить гидравлическую нагрузку на вторичные отстойники, повысить концентрацию активного ила в аэротенках и, следовательно, окислительную мощность единицы объема сооружений биологической очистки сточных вод.

Показано влияние системы аэрации и места расположения насадки в виде плавучих контейнеров, заполненных полимерными ершами из капроновых нитей щетины, на зарастание волокон и соотношение активной и инертной биомассы прикрепленных микроорганизмов.

Плавающие контейнера должны располагаться в факелах воздушных потоков, создаваемых барботерами аэрации, в верхней трети слоя воды аэротенков, это гарантирует высокую биологическую активность прикрепленного биоценоза.

Доказана эффективность совместной нитри-денитрификации при высокой концентрации растворенного кислорода в аэротенках, оснащенных плавающей ершовой насадкой, определена удельная скорость денитрификации прикрепленным биоценозом, экспериментально показано, что она в 4-5раз выше, чем у одноиловой системы активного ила аэротенков.

Предложена и испытана в производственных условиях технология реконструкции действующих аэротенков для увеличения их производительности и эффективности очистки сточных вод.

Отработана конструкция плавающих контейнеров с ершовой насадкой и способ их фиксирования в коридорах аэротенков.

На основании экспериментальных данных подготовлены рекомендации на проектирование реконструкции действующих или строительство новых очистных сооружений с использованием сообществ прикрепленных и свободноплавающих микроорганизмов.

Использованием балансовых уравнений поступления загрязнений и их утилизации в аэротенках биоценозом сообществ гидробионтов составлены зависимости для определения расходов потоков иловых смесей, возвратного активного ила, воздуха и места ввода сточных вод.

Получены параметры, характеризующие количество, свойства и активность биоценоза микроорганизмов, удерживаемых волокнистой ершовой насадкой на разных стадиях очистки сточных вод.

Проведена технико-экономическая оценка применения волокнистой ершовой насадки для интенсификации работы очистных станций канализации вместо строительства дополнительных объемов емкостных сооружений.

Ключевые слова: биологическая очистка, прикрепленные микроорганизмы, биомасса гидробионтов, нитрификация, денитрификация, окислительная мощность, прирост биомассы, активный ил, седиментационные свойства, иловый индекс, плавающие контейнеры.

Resume

Prihodko L.N. iintensification of work of clearing structures attached microorganisms - Manuscript.

The dissertation for Candidate of Technical Sciences degree speciality 05.23.04. - water-supply, sewerage. - Kharkov state technical university of Civil Engineering and architecture, Kharkov, 2000.

The results aregiven of theoretical and experimental researches of application of a complex attached and free-buoyant of microorganisms with the purpose intensification of work of biological clearing of waste water and improving of quality of the cleared waste water are indicated.

Are established of dependence of influence of a doze of the attached microorganisms on sedimentation of a property of active silt, hydraulic grained, silt an index, depth of clearing, gain of silt and it ashes.

The technology of clearing of waste water with use of floating containers with fixture from rigid of fristle-scourer placed in sectors aerobic tank is offered.

The recommendations on use of the given technology with the purpose intensification of work of the acting clearing structures are given.

The technological evaluation from application filamentary fixture in structures of biological clearing of waste water is conducted.

Key word: biological clearing, attached microorganisms, biomes of gidrobionts, nitrification, denitrification, oxidising potency, gain of a biomes, active silt, sedimentation of a property, silt an index, floating containers.

Размещено на Allbest.ru

...