Локальна очистка побутових стічних вод в неканалізованих районах

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

05.23.04 - Водопостачання, каналізація

УДК 628.35

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ЛОКАЛЬНА ОЧИСТКА ПОБУТОВИХ СТІЧНИХ ВОД

В НЕКАНАЛІЗОВАНИХ РАЙОНАХ

Сорокіна Наталія Валеріївна

Харків 2007

Дисертацією є рукопис

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

Науковий керівник: Епоян Степан Михайлович доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри водопостачання, каналізації і гідравліки Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури

Офіційні опоненти: Стольберг Фелікс Володимирович доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри "Інженерна екологія міст" Харківської національної академії міського господарства

булгаков Віктор васильович кандидат технічних наук, директор Комплексу “Харківводовідведення” ДКП “Харківкомуночиствод”

Провідна установа: Інститут гідротехніки і меліорації Української академії аграрних наук, відділ "Водопостачання і каналізація" (м. Київ).

Захист дисертації відбудеться „21” березня 2007 р. об 11⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.056.03 у Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури за адресою: 61002, м. Харків, вул. Сумська, 40

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

Автореферат розісланий „16” лютого 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, к.т.н., професор М.І. Колотило

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

установка очисний стічний

Актуальність роботи. В умовах складної екологічної обстановки відбувається посилення вимог до ступеня очистки побутових стічних вод на неканалізованій території та виникає необхідність приведення якості очищених стічних вод у відповідність з нормативними вимогами до скиду у водойми рибогосподарського призначення.

В останні роки у зв'язку з інтенсивним будівництвом у неканалізованих районах житла з високим рівнем благоустрою, будівель, таких як інфекційні лікарні, турбази, невеликі підприємства по переробці сільгосппродукції, що стоять окремо, на передній план висувається проблема очистки стічних вод від цих об'єктів шляхом створення науково обґрунтованих, надійних, компактних, малоенергоємних технологічних схем і конструкцій установок малої продуктивності (УМП).

Численні відомі конструкції УМП не в повній мірі забезпечують нормативну якість очищених стічних вод або не надійні в експлуатації, або потребують присутності висококваліфікованого персоналу. Не вирішені питання прийому на УМП стічних вод із високою нерівномірністю по витратам, концентраціям, температурі, що негативно відображається на ефективності процесів очистки стічних вод об'єктів малого будівництва. Тому актуальним є удосконалення існуючих і розробка більш ефективних УМП для біологічної очистки стічних вод.

Запропонована УМП з використанням ефективної проточної багатоступеневої анаеробно-аеробної біологічної очистки побутових стічних вод співтовариством прикріплених мікроорганізмів та тих, що вільно плавають. Локальна очистка стічних вод в УМП відбувається у трьохступеневому аеробному біореакторі з попередньою анаеробною обробкою стоків у септику з доведенням якості очистки до рівня вимог водойм рибогосподарського призначення, потреб господарського використання у побутових цілях або на полив зелених насаджень. Використання методу каталітичного знезаражування очищеної стічної рідини істотно спрощує експлуатацію УМП, знижує витрати на їх обслуговування.

Актуальною задачею підвищення ефективності роботи запропонованої УМП є теоретичне обґрунтування та встановлення у ході експериментальних досліджень оптимальних параметрів поетапного процесу трьохмулової аеробної біологічної очистки анаеробно оброблених побутових стічних вод комбінованим біоценозом.

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

Робота виконана у відповідності з регіональною програмою „Екологічне оздоровлення басейну ріки Сіверський Донець”, а також з планом Міністерства освіти і науки України „Розробка теорії екологічної безпеки і надійності життєдіяльності для об'єктів будівництва, промисловості і впровадження екологічних систем оборотного водопостачання машинобудівних і металургійних підприємств, що виключають скидання стічних вод у водойми України” (№ держреєстрації 0194U038207).

Мета і задачі роботи. Метою дисертаційної роботи є наукове обґрунтування і розробка способу очистки та конструкції очисної установки малої продуктивності, які забезпечать якість очищених побутових стічних вод від житла на неканалізованій території на рівні вимог скиду у водойми рибогосподарського призначення.

Для досягнення поставленої мети розв'язувались такі задачі:

- аналіз сучасних конструкцій УМП та встановлення їх прийнятності для використання на неканалізованій території при відсутності кваліфікованого персоналу для обслуговування;

- уточнення ролі та необхідного об'єму споруд і кількості збродженого осаду в септиках, які одночасно виконують функцію усереднювачів витрат стічних вод;

- встановлення кінетичних закономірностей росту та життєдіяльності трьох біоценозів різних стадій процесу очистки стічних вод: денітрифікації, нітрифікації та доочистки, параметрів роботи біореакторів;

- виявлення особливостей роботи біоконвеєра комплексу прикріплених аеробних мікроорганізмів та тих, що вільно плавають, при очищенні анаеробно обробленої в септику стічної рідини;

- уточнення стабільності та надійності знезараження очищеної стічної рідини шляхом фільтрування її крізь каталітичне завантаження НВФ „Каталіз”;

- розробка рекомендацій на проектування та конструювання споруд УМП у комплексі з септиками та техніко-економічна оцінка нової конструкції УМП.

Об'єкт досліджень - побутові стічні води від житла на неканалізованій території.

Предмет досліджень - спосіб біологічної очистки побутових стічних вод за допомогою біоконвеєра анаеробних та аеробних прикріплених мікроорганізмів та тих, що вільно плавають.

Методи досліджень. Дослідження виконані в лабораторних, напіввиробничих та виробничих умовах на лабораторній та експериментально-виробничій УМП. При цьому були виконані лабораторні дослідження з використанням оптичних, фізико-хімічних і біологічних методів. Активну біомасу оцінювали за ферментативною активністю. Контроль за ростом біоценозів здійснювали з використанням зразків-свідків - відрізків йоржевої насадки, які розміщувались в різні точки об'ємів досліджуваних біореакторів.

Наукова новизна отриманих результатів:

- виявлено необхідність присутності в септику зрілого збродженого осаду в кількості, яка дорівнює добовому об'єму стічних вод, що очищуються;

- отримано кінетичні залежності для питомих швидкостей окислення органічних речовин, нітрифікації, денітрифікації, специфічні для побутових стічних вод, які пройшли анаеробну підготовку в септиках;

- встановлено параметри процесу трьохмулової аеробної біологічної системи очистки анаеробно оброблених побутових стічних вод співтовариством прикріплених мікроорганізмів та тих, що вільно плавають.

Практичне значення отриманих результатів. Проведені дослідження дозволяють застосувати їх результати для розрахунку та проектування УМП для локальної анаеробно-аеробної біологічної очистки побутових стічних вод в неканалізованих районах. Розроблено рекомендації для проектування біореакторів трьохмулової системи біологічної очистки побутових стічних вод на неканалізованій території та каталітичного знезаражування очищеної води. Запропоновані розрахункові рекомендації дозволяють без проведення додаткових експериментів визначити технологічні та конструктивні параметри надійної роботи установок. Новизна розробок підтверджується патентом Російської Федерації. За рекомендаціями здобувача ТОВ „Персей” (Російська Федерація) була виготовлена, випробувана та сертифікована УМП. Матеріали дисертаційної роботи прийняті до використання ВАТ „Харківський Водоканалпроект” та ДКПВІ „Одесагропроект”.

Особистий внесок автора. Наукові результати, що викладені в дисертації, отримані особисто автором на основі виконаного аналізу процесів очистки побутових стічних вод на УМП.

Автором проведено аналіз літературних даних по УМП та вибір напряму досліджень. Автор прийняв участь у проектуванні, виготовленні установок та проведенні експериментів по анаеробно-аеробній біотехнології очистки побутових стічних вод, отриманні лабораторних даних, обробці результатів досліджень та їх статистичній інтерпретації для отримання емпіричних залежностей.

Автором розроблені рекомендації на проектування УМП та проведена їх техніко-економічна оцінка у порівнянні з існуючими конструкціями.

Апробація роботи. Основні результати та головні положення дисертації доповідались на науково-технічних конференціях Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури (2004 - 2006 р.р.), Одеської державної академії будівництва та архітектури (2004 - 2006 р.р.), Донбаської національної академії будівництва та архітектури (2005 р.), Харківської національної академії міського господарства (2006 р.); ІІ міжнародному водному форумі „АКВА Україна-2004” (м. Київ, 2004 р.); міжнародній науково-практичній конференції „Вода - 2005. Сучасні проблеми водопостачання та водовідведення” (м. Одеса, 2005 р.).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 10 друкованих праць у різних видавництвах України та Росії, у тому числі 4 в спеціалізованих виданнях, регламентованих ВАК України, один патент на винахід.

Структура й об'єм дисертації. Дисертація складається зі вступу, 6 розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 135 найменувань, 7 додатків і вміщує 33 рисунки та 6 таблиць по тексту, усього 179 сторінок.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульовані мета і задачі роботи, об'єкт і предмет дослідження, приведені методи дослідження, наукова новизна і практична цінність.

У першому розділі приведено аналіз існуючих технологічних схем та методів очистки, а також ефективності роботи і конструктивного оформлення УМП. Показано, що вони в більшості випадків забезпечують високу якість очистки, але відсутні теоретичні закономірності процесів очистки стоків за всіма стадіями, параметри роботи та рекомендації на проектування. При цьому стабільність роботи комплексу гідробіонтів різних стадій очистки стічних вод занадто залежить від кваліфікації обслуговуючого персоналу та своєчасного видалення з системи надлишкової біомаси.

Аналіз методів локальної очистки побутових стічних вод показав, що однією з ефективних технологій слід вважати застосування проточної багатоступеневої анаеробно-аеробної біологічної очистки побутових стічних вод з використанням співтовариства прикріплених мікроорганізмів та тих, що вільно плавають. У зв'язку з тим, що технологія очистки малих витрат стічних вод включає анаеробні й аеробні процеси в багатоступеневій установці, то необхідно вивчати вплив кожного етапу очистки стічних вод на роботу наступних етапів та враховувати рециркуляцію мулових сумішей та надлишкового активного мулу при формуванні потоку стічної рідини. Крім того, забезпечення стабільної якості очистки стічної рідини потребує ретельного вибору співвідношення прикріплених мікроорганізмів та тих, що вільно плавають, на різних стадіях очистки.

Питаннями локальної очистки побутових стічних вод займалися видатні вчені, спеціалісти та інженери: Олійник О.Я., Гвоздяк П.І. , Глоба Л.І., Таварткіладзе І.М., Куліков М.І., Стольберг Ф.В., Гіроль М.М., Епоян С.М., Яковлев С.В., Скірдов І.В., Лукіних Н.О., Воронов Ю.В., Непарідзе Р.Ш., Разумовський Е.С., Мішуков Б.Г., Василенко О.А., Мацнев А.І., Синьов О.П., Тетеря О.І. та ін. Існуючі УМП дозволили забезпечити доведення якості очищених стічних вод до нормативних вимог до скиду у водойми рибогосподарського призначення. Однак, багаточисельні існуючі технологічні схеми очистки та конструкції УМП відрізняються складністю і потребують висококваліфікованого обслуговування, або не надійні в експлуатації, чи не в повній мірі забезпечують потрібну якість очищених стічних вод за деякими показниками.

Крім того, показана актуальність та необхідність розробки і наукового обґрунтування способу очистки та конструкції очисної установки малої продуктивності, які забезпечать якість очищених побутових стічних вод від житла на неканалізованій території на рівні вимог до скиду в рибогосподарські водойми.

Другий розділ присвячений обґрунтуванню необхідності використання анаеробно-аэробної біотехнології з залученням трьохмулової системи аеробної біологічної очистки стічних вод.

Анаеробна стадія обробки побутових стічних вод в УМП необхідна й обов'язкова з урахуванням можливості залпового надходження високих концентрацій органічних речовин, СПАР, надходження іонів металів від скиду препаратів побутової хімії тощо.

Застосування трьохмулової системи співтовариства аеробних прикріплених мікроорганізмів та тих, що вільно плавають, розосереджених у просторі, замість лише активного мулу зі створенням поетапно специфічних умов для протікання процесів денітрифікації, нітрифікації й аеробній мінералізації дає можливість збільшити величину питомої швидкості окислювання органічних і мінеральних речовин у 2 - 3 рази, а, отже, приводить до зменшення об'ємів ємнісних споруд, спрощення експлуатації УМП та системи автоматизації її роботи.

Залучення саморегенеруючого каталітичного завантаження фільтрів для знезаражування очищеної стічної рідини замість дозування реагентів або використання електричної енергії сприяє спрощенню процесу знезаражування і зниженню експлуатаційних витрат.

Третій розділ присвячений опису конструкції експериментально-виробничої УМП, обґрунтуванню методів і методик проведення досліджень.

На рис. 1 приведена технологічна схема експериментально-виробничої установки.

В очисній установці на різних етапах очистки системою барботерів аерації та ерліфтів аерації і рециркуляції мулових сумішей створювалися анаеробні, аноксидні й аеробні умови. В аеробних біореакторах трьох ступенів очистки використовувалася йоржева насадка для втримання біоценозів прикріплених мікроорганізмів.

Контроль за роботою всіх ступенів очисної установки здійснювався шляхом відбору проб стічної рідини, мулових сумішей і спеціальних зразків-свідків (відрізків йоржів довжиною 150 мм, зафіксованих у різних ступенях очисної установки, що витягалися для лабораторних експериментів).

Біоценози всіх ступенів очистки оцінювалися різними видами ферментативної активності: оксидазної, дегідрогеназної, каталазної і пероксидазної, гідролазної та ін. Під мікроскопом розглядалася рухливість форм та їх різноманітність. Для контролю складу стічної рідини використовувалися фізико-хімічні і хімічні методи аналізу, сучасна приладова техніка, рекомендовані Держстандартом України. Завислі речовини, сухий і прожарений залишок, вологість і зольність осаду визначалися ваговим методом. Активна реакція середовища, окислювально-відновлювальний потенціал вимірялися полярографічним методом, а також за допомогою електрохімічного датчика і переносного приладу, що реєструє. Азот загальний аналізувався по методу Кьєльдаля, азот амонійний - відгоном і наступним титруванням, азот нітритів - по Гріссу, азот нітратів - по Несслеру, величина БПК - методом розведення, ХПК - біхроматним методом, гази - хроматографічним, органічні речовини - полярографічним, хроматографічним і спектрофотометричним методами. Склад біоценозів, що працюють в експериментальній установці на різних стадіях очистки, вивчався за допомогою мікроскопіювання на приладі ЛЮМАМ.

У четвертому розділі приведені результати досліджень на лабораторних установках септиків. Оцінювалися процеси деструкції індикаторних органічних речовин - СПАР анаеробним біоценозом септиків, зміна узагальнюючих показників анаеробних процесів - величин Eh і ЛЖК (летучих жирних кислот) при різних співвідношеннях кількості стічних вод, що надходять за добу, до об'єму осаду, накопиченого в анаеробному біореакторі (септику).

На рис. 2 і 3 приведені графіки, отримані в ході лабораторних досліджень роботи септика.

Як випливає з рис. 2, вже через добу концентрація різних видів СПАР у стічній рідині після септика знижується до рівня, при якому спінювання не впливає на процес аеробної очистки стічних вод. З рис. 3 випливає, що в септику при спорожненні бажано зберігати об'єм зрілого збродженого осаду, який дорівнює добовому об'єму стічних вод, що надходять.

У п'ятому розділі приведені результати досліджень роботи аеробних ступенів експериментально-виробничої очисної установки продуктивністю 2,4 м³/доб. В аеробні ступені рівномірно подавалася стічна рідина, анаеробно оброблена в септику, витратою 100 дм³/год.

Склад стічної рідини, характерний для побутових стоків, приведений у табл. 1. Усі ступені аеробного біореактора мали об'єм по 112 дм³, робочу висоту 1,82 м, діаметр 280 мм. З урахуванням вихідної концентрації азоту амонійного рециркуляційна витрата зворотнього активного мулу в ході пусконалагоджувальних робіт була встановлена 300 дм³/год.

Мулова суміш знаходилась в першому ступені не більш 17 хвилин. Біомаса прикріплених на йоржевій насадці мікроорганізмів складала близько 220 г по беззольній речовині. Доза активного мулу, що вільно плаває, не перевищувала 1 г/дм³. У першому ступені за рахунок регулювання подачі повітря підтримувалася концентрація розчиненого кисню на рівні не більш 1 мг О₂/дм³.

Біоценоз мікроорганізмів першого ступеня був задіяний для одержання кінетичних закономірностей питомої швидкості окислювання органічних речовин по БПК_ПОВН і денітрифікації азоту нітратів.

На рис. 4 приведена крива кінетичної залежності питомої швидкості окислювання БПК_ПОВН біоценозом першого ступеня біореактора від величини БПК_ПОВН у біореакторі. Для порівняння на графіку дані кінетичні залежності, приведені іншими дослідниками як для активного мулу, що вільно плаває, так і для співтовариства прикріплених мікроорганізмів і тих, що вільно плавають, які працюють на міському стоці.

На рис. 5 показана кінетична залежність питомої швидкості денітрифікації від концентрації азоту нітратів у біореакторі. Для порівняння на рис. 5 показані кінетичні залежності денітрифікації, приведені у літературних джерелах для активного мулу, що вільно плаває, та для співтовариства мікроорганізмів прикріплених та тих, що вільно плавають, які працюють на міському стоці.

Кінетичні залежності як питомої швидкості зниження БПК_ПОВН, так і питомої швидкості денітрифікації суміші анаеробно обробленої стічної рідини із септика і рециркуляційної мулової суміші трохи відрізняються від кінетичних залежностей, отриманих для біоценозу, що працює по очищенню міських стічних вод. Це, очевидно, викликано наявністю в стічній рідині із септика підвищеної кількості відновлених легкоокислювальних з'єднань, які сприяють прискоренню процесу денітрифікації, але гальмують процес окислювання органічних речовин, що характеризуються показником БПК_ПОВН.

Перший ступінь аеробного біореактора забезпечує денітрифікацію стічної рідини зі швидкостями зниження БПК_ПОВН стічних вод близько 40 мг БПК_ПОВН/(ггод) і питомою швидкістю денітрифікації близько 6 мг [N-NO]/(ггод).

Таблиця 1. Значення показників складу стічної рідини по ступеням очистки стічних вод на експериментально-виробничий установці

Найменування показників складу стічних вод	Розмірність	Кількість вимірювань	Середні значення показників складу
			Початкова стічна рідина (після септика)	Після 1 ступеня аеробного біореактора	Після вторинного відстійника	Після доочистки
Температура	0С	127	18,5	18,5	18,5	18,5
рН	-	127	6,89	7,3	7,3	7,3
Завислі речовини	мг/дм3	127	46,4	30,0	10,2	3,2
ХПК	мг О2/дм3	127	173	69,2	30,3	27,7
БПКПОВН	мг О2/дм3	127	160	46,1	9,2	3,8
Азот амонійний	мг []/дм3	127	42,8	8,8	0,9	0,29
Азот нітритів	мг[]/дм3	84	-	0,16	0,12	0,015
Азот нітратів	мг[]/дм3	84	-	2,13	23,7	5,4
Загальний фосфор	мг Р/дм3	84	4,7	4,5	3,6	3,6
СПАР	мг/дм3	84	12	1,3	0,11	0,01
Жири	мг/дм3	84	10,4	0,18	-	-
Загальне мікробне число	кл/дм3	84		5,0Ч Ч108	4,0Ч Ч106	2,0Ч Ч106
Eh	мВ	84	-170	+172	+206	+219
Муловий індекс активного мулу, що вільно плаває	см3/г	84	-	75,9	75,5	-

У другому ступені аеробного біореактора (нітрифікаторі) біомаса прикріпленого біоценозу, що нітрифікує, складала близько 600 г по беззольній речовині при біомасі активного мулу в муловій суміші, яка знаходиться в нітрифікаторі, не більш 100 г при концентрації розчиненого кисню 3,5 - 4,0 мг О₂/дм³. Залишковий вміст азоту амонійного у вихідній з нітрифікатора муловій суміші складав 0,9 мг []/дм³.

На рис. 6 приведена крива кінетичної залежності питомої швидкості нітрифікації від концентрації азоту амонійного.

Питома швидкість нітрифікації амонійного азоту не перевищувала 2 мг [ ]/(ггод), що майже вдвічі перевищувало величину питомої швидкості нітрифікації, отриману іншими авторами для активного мулу, що вільно плаває, міського стоку.

Статистичною обробкою експериментальних даних за допомогою методу найменших квадратів отримані емпіричні залежності для:

- питомої швидкості зниження БПК_ПОВН (коефіцієнт кореляції R = 0,996):

, мг БПК_ПОВН/(ггод), (1)

де L₁ - величина БПК_ПОВН на виході з денітрифікатора, мг О₂/дм³;

а_сум - доза мулу прикріплених біоценозів та тих, що вільно плавають, г/дм³.

- питомої швидкості денітрифікації (коефіцієнт кореляції R = 0,992):

мг []/(ггод), (2)

де - концентрація азоту нітратів, мг /дм³.

- питомої швидкості нітрифікації прикріпленим біоценозом (коефіцієнт кореляції R = 0,999):

, мг []/(ггод), (3)

де - концентрація азоту амонійного, мг /дм³.

- питомої швидкості нітрифікації активним мулом, що вільно плаває (коефіцієнт кореляції R=0,998):

, мг []/(ггод). (4)

В експериментально-виробничій очисній установці використано вертикальний вторинний відстійник. Оскільки муловий індекс активного мулу, що вільно плаває, варіювався в інтервалі величин 58 - 93 см³/г, то при середній швидкості висхідного потоку проясненої стічної рідини 0,5 мм/с проблеми з виносом активного мулу не спостерігалися.

При зміні навантаження по кількості та якості стічної рідини кількість активного мулу, що вільно плаває, то зростало, то знижувалося, але якість очищеної стічної води залишалась стабільно високою. Видалення надлишкового активного мулу з вторинного відстійника здійснювалося тільки в тому випадку, коли рівень мулу, який осів, у відстійнику перевищував 0,8 м від поверхні дзеркала води у відстійнику при довжині центральної труби 1,0 м і величині числа Рейнольдса для висхідного потоку стічної рідини, що освітлюється, не більш 100.

Доочистка стічної рідини здійснювалась в біореакторі третього ступеню біоценозом фільтраторів-седиментаторів, утримуваних йоржевою насадкою. Стабільність роботи системи забезпечувалася щоденною частковою регенерацією йоржів з виведенням не більш 20 % регенераційної суміші в септик. Склад очищеної стічної рідини після проходження третього ступеню біореактора представлений у табл. 1. На рис. 7 і 8 показано вплив тривалості перебування стічної рідини в біореакторі доочистки на ефективність видалення азоту амонійного і зниження величини залишкових концентрацій завислих речовин і БПК_ПОВН очищеної води.

Як видно, перебування стічних вод у біореакторі доочистки протягом 1 години достатньо для приведення складу очищеної стічної рідини у відповідність з нормативними вимогами до їх скиду у водойми рибогосподарського призначення.

Вивчено також параметри процесу знезаражування доочищеної стічної рідини фільтруванням через каталітичне завантаження. Досліджувався каталізатор АК-1 НВФ “Каталіз” (м. Ангарськ, Російська Федерація). В експериментальній установці для знезаражування використано колонку діаметром 200 мм із шаром каталізатора 1,0 м. Швидкість фільтрування 3 м/год. Під завантаження каталізатора через щілинне днище безупинно подавалося повітря з інтенсивністю 3 м³/(м²год). Бульбашки повітря забезпечували виключення замулювання зерен каталізатора і здійснювали безперервну активацію поверхні зерен, а за рахунок визначеного співвідношення в каталізаторі іонів міді, нікелю, срібла й інших оксидів металів - активацію кисню, розчиненого у воді.

Тертя зерен каталізатора між собою за рахунок барботажу приводить до їх стирання й втрати каталізатора. Річний знос не перевищував 20 % від об'єму каталізатора. Винесений з колонки знезаражування каталітичний пил накопичується в резервуарі очищеної стічної рідини і може бути вилучений при сервісному обслуговуванні УМП не частіше одного разу в 5 років.

Статистика даних по ефективності знезаражування стічної рідини показала, що загальне мікробне число у вихідній з каталітичного фільтра стічній рідині не перевищувало 10³ кл/см³.

У шостому розділі приведені рекомендації на проектування УМП і техніко-економічні показники установок різних типорозмірів у порівнянні з установками конструкції “BIOTAL” і “ТОПАС-М”.

При обслуговуванні УМП декількох домоволодінь на випуску стоків з кожного будинку має бути передбачений двірський колодязь з фільтруючим кошиком для збору сміття. Септик повинен мати не менш двох відсіків, що поєднуються один з одним через пропускну трубу. Об'єм септика повинен відповідати рекомендаціям СНиП 2.04.03-85. Остання по ходу руху стоків камера септика є приймальним резервуаром для рівномірного відбору стічної рідини на аеробну біологічну очистку. Стічна вода на УМП подається ерліфтом. Розрахунок трьох ступенів аеробної біологічної очистки виконуються на підставі закономірностей денітрифікації, нітрифікації та швидкості окислювання органічних речовин по БПК_ПОВН з урахуванням температурної поправки. Величина навантаження по БПК_ПОВН на біомасу мікроорганізмів нітрифікатора приймається не більш 150 г БПК_ПОВН/(кгдоб) при дозі активного мулу, що вільно плаває, 1 г/дм³.

Рециркуляційний потік мулової суміші з нітрифікатора в денітрифікатор на додаток до потоку зворотнього активного мулу, який дорівнює середнєгодинній витраті стічних вод, призначається по величині концентрації азоту амонійного стічної рідини, що витікає із септика. Якщо в стічній рідині, що надходить із септика, концентрація забруднень по БПК_ПОВН менше потроєної величини концентрації азоту амонійного, то варто передбачити добавку органічних речовин у камеру септика, з якої здійснюється забір стоків на аеробну біологічну очистку.

Бажано, щоб концентрація азоту амонійного в муловій суміші, що надходить у нітрифікатор, була не вище 7 мг [ ]/дм³, а БПК_ПОВН не нижче 25 мг О₂/дм³.

Кількість йоржевої насадки в аеробних ступінях біореакторів повинна забезпечувати наявність біомаси прикріплених мікроорганізмів у такій кількості, щоб навіть при відсутності біомаси активного мулу, що вільно плаває, навантаження на біомасу мікроорганізмів нітрифікатора по БПК_ПОВН не перевищувало 150 г БПК_ПОВН/(кгдоб).

У першому і другому ступенях аеробного біоректора використовуються "жорсткі" поліамідні йоржі, на стадії доочистки стічних вод - йоржі із суміші ліски або щетини із супертонкими хімічними волокнами в кількості 20 % від загальної ваги волокон. Пористість йоржів - 98,8 %.

Знезаражування очищеної стічної рідини варто робити у фільтрах з каталізатором АК-1 при швидкості фільтрації 3 м/год, шарі каталізатора 1 м і подачі повітря інтенсивністю 3 м³/(м²год).

Зроблено техніко-економічне порівняння запропонованої УМП з установками “BIOTAL” (Україна) і “ТОПАС-М” (Російська Федерація) і обґрунтована доцільність використання запропонованої УМП для локальної очистки побутових стічних вод в неканалізованих районах. У дисертації показано особливості технології та переваги УМП.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Анаеробно-аеробний біологічний процес очищення побутових стічних вод в установках малої продуктивності гарантує стабільну якість очищеної стічної рідини на рівні вимог скидання її у водойми рибогосподарського призначення.

2. Септики - анаеробні біореактори й усереднювачі витрати і складу стічних вод - забезпечують стабільність процесу наступної аеробної біологічної очистки при наявності в них буферного об'єму анаеробного осаду не менш добової кількості стічних вод.

3. Стабільність роботи аеробної біологічної очистки анаеробно обробленої стічної рідини забезпечується наявністю трьохмулової системи біоценозів прикріплених мікроорганізмів та тих, що вільно плавають, і рециркуляції стічної рідини, що очищається. При цьому перша мулова система представлена набором переважно гетеротрофних мікроорганизмів-денітрифікаторів, друга мулова система - набором автотрофних мікроорганизмів-нітрифікаторів, а третя мулова система представлена набором гідробіонтів - фільтраторів-седиментаторів.

4. Біоценоз гетеротрофних мікроорганізмів - денітрифікаторів, що працюють на першому ступені аеробної біологічної очистки після септиків, має специфічну кінетичну закономірність, як окислювання органічних домішок, що характеризуються показником БПК_ПОВН, так і денітрифікації нітратів, що повертаються з рециркулюючою муловою сумішшю з другого ступеня аеробного біореактора.

5. Нітрифікація азоту амонійного в умовах низьких навантажень по БПК_ПОВН (не більш 200 г БПК_ПОВН/(кгдоб)) на співтовариство прикріплених мікроорганізмів та тих, що вільно плавають, з перевагою біомаси прикріплених мікроорганізмів протікає з удвічі більшою питомою швидкістю нітрифікації в порівнянні з питомою швидкістю нітрифікації біоценозом мікроорганізмів активного мулу, що вільно плаває.

6. Запропоновано емпіричні залежності для процесів біологічної очистки побутових стічних вод співтовариством прикріплених мікроорганізмів та тих, що вільно плавають, у трьох ступенях аеробного біореактора: денітрифікаторі, нітрифікаторі та біореакторі доочистки.

7. Знезаражування біологічно очищених стічних вод за допомогою штучних зернистих каталізаторів АК-1 НВФ “Каталіз” (м. Ангарськ, Російська Федерація) при швидкості фільтрування 3 м/год і висоті шару каталізатора не менш 1 м в умовах безперервної продувки шару каталізатора повітрям гарантує зниження рівня загального мікробного числа до величини, що відповідає вимогам нормативів до скиду у поверхневі водойми.

8. Запропоновано методику інженерного розрахунку установок малої продуктивності і розроблені рекомендації на їх проектування.

9. Вартість виготовлення і поставки сертифікованої очисної установки аеробної біологічної очистки побутових стічних вод після септиків, виготовленої по рекомендаціям здобувача, знаходиться на рівні або нижче вартості установок “ТОПАС-М”, “BIOTAL” і ін., представлених на ринках України і Росії.

10. Результати дисертаційної роботи впроваджено на ТОВ “Персей” Російської Федерації, де була виготовлена, випробувана та сертифікована УМП, а також використовуються в розробках інститутів ВАТ “Харківський Водоканалпроект”, ДКПВІ “Одесагропроект”.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Эпоян С.М., Сорокина Н.В. Определение значений параметров работы денитрифицирующей стадии аэробной биологической очистки сточной жидкости в установке малой производительности // Науковий вiсник будiвництва. - Харкiв: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2004. - Вип. 30. Т. 1. - С. 203 - 206.

Особистий внесок автора: встановлено кінетичні залежності питомих швидкостей окислення органічних сполук та денітрифікації для стічних вод, які пройшли анаеробну обробку в септику.

2. Эпоян С.М., Сорокина Н.В. Доочистка сточных вод в установке малой производительности // Вiсник ДонНАБА. Збiрник наукових праць. Iнженернi системи та техногенна безпека у будiвництвi - Макiївка: ДонНАБА. - 2005. Вип. 2005-6(54). - С. 135 - 138.

Особистий внесок автора: встановлено закономірності зниження концентрацій азоту амонійного, БПК_ПОВН, завислих речовин.

3. Сорокина Н.В. Нитри-денитрификация сточной жидкости в аэробном трехступенчатом биореакторе // Вiсник ОДАБА. - Одеса: ОДАБА. - 2005. - Вип. 19. - С. 155 - 160.

4. Эпоян С.М., Сорокина Н.В. О необходимости предварительной анаеробной обработки бытовых сточных вод в установке малой производительности // Науковий вiсник будiвництва. - Харкiв: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2006. - Вип. 37. - С. 149 - 153.

Особистий внесок автора: встановлено закономірності деструкції СПАР, визначено співвідношення кількості сбродженої біомаси септику та добового об'єму стічних вод.

5. Куликов Н.И., Шишло Г.В., Эпоян С.М., Сорокина Н.В. Высокоэффективная очистка сточных вод в установках малой производительности //Матерiали науково-практичних конференцiй II Мiжнародного Водного Форуму “АКВА УкраЇна - 2004”(21-23 вересня 2004 р., Київ) - К.: СПД Коляда О.П., 2004. - С. 204 - 206.

Особистий внесок автора: встановлено оптимальні параметри поетапного процесу трьохмулової біологічної очистки анаеробно оброблених побутових стічних вод активним мулом, що вільно плаває, та прикріпленим біоценозом.

6. Куликов Н.И., Куликов Д.Н., Куликова Е.Н., Приходько Л.Н., Сорокина Н.В., Деревянко М.С. Использование модифицированной трехиловой системы биологической очистки сточных вод с тонкослойными пульсационными илоотделителями на очистных станциях различной производительности // Новые технологии и оборудование в водоснабжении и водоотведении. Сборник материалов/ РАВВ; НИИ коммунального водоснабжения и очистки воды; Водкоммунтех. - М.: ФГУП “ВИМИ”, 2005. Вып. 5. С. 144 - 150.

Особистий внесок автора: встановлено закономірності біологічних процесів нітри-денітрифікації для установок малої продуктивності.

7. Сорокина Н.В. Очистка малых расходов бытовых сточных вод // Програма та тези доповідей ІX міжнародної науково-методичної конференції „Управління якістю підготовки фахівців” - Одеса: ОДАБА.- 2004.-С. 115- 116.

8. Сорокина Н.В. Очистка сточных вод отдельно стоящих объектов // Програма та тези доповідей XІ міжнародної науково-методичної конференції „Управління якістю підготовки фахівців” - Одеса: ОДАБА. - 2006. - С. 53 - 54.

9. Эпоян С.М., Сорокина Н.В. К вопросу очистки небольших количеств бытовых сточных вод // Программа и тезисы докладов XXXIII науч.-техн. конф. преподавателей, аспирантов и сотрудников ХНАГХ. Ч.1. Строительство, архитектура, экология. - Харьков: ХНАГХ, 2006. - С. 164 - 166.

Особистий внесок автора: надано критичний аналіз існуючих споруд та установок малої продуктивності для очистки побутових стічних вод.

10. Патент Российской Федерации № RU 2260568 С1. МПК7 С 02 F 9/14. Очистная установка для сточных вод коттеджей /Куликов Н. И., Куликова Е.Н., Кондратьева Т.Д., Сорокина Н.В. 20.09.2005, бюл. № 26.

Особистий внесок автора: проведення виробничих досліджень очистки стічних вод в септиках та аеробних біореакторах, обробка отриманих результатів.

АНОТАЦІЯ

Сорокіна Н.В. Локальна очистка побутових стічних вод в неканалізованих районах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.04 - водопостачання, каналізація. - Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Харків, 2007.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної проблеми локальної біологічної очистки побутових стічних вод від житла в неканалізованих районах з доведенням якості очищених стічних вод до рівня вимог скиду до водойм рибогосподарського призначення.

Приведено результати теоретичних та експериментальних досліджень комплексу локальної анаеробно-аеробної біологічної очистки побутових стічних вод від житла в неканалізованих районах на установках малої продуктивності.

На основі аналізу роботи та конструктивного оформлення УМП, які використовуються у вітчизняній та зарубіжній практиці локальної очистки побутових стічних вод, показано доцільність застосування проточної багатоступеневої анаеробно-аеробної біологічної очистки побутових стічних вод з використанням співтовариства прикріплених мікроорганізмів та тих, що вільно плавають.

Експериментами у лабораторних умовах та на реальній виробничій очисній установці нової конструкції отримані параметри роботи ступенів анаеробної й аеробної біологічної очистки, закономірності процесів нітрифікації, денітрифікації та окислення органічних забруднень у специфічних умовах анаеробно-аеробної технології, доведена можливість отримання якості очищеної стічної рідини на рівні вимог нормативів до скиду стоків у водойми рибогосподарського призначення.

Розроблені рекомендації на проектування, які дозволили отримати ряд УМП заводського виготовлення, що сертифіковані у Російській Федерації для використання у практиці локальної очистки побутових стічних вод від житла на неканалізованій території, приведена їх техніко-економічна ефективність.

Ключові слова: біологічна очистка, прикріплені мікроорганізми, активний мул, нітрифікація, денітрифікація, муловий індекс, йоржева насадка, біоконвеєр, біореактор.

АННОТАЦИЯ

Сорокина Н. В. Локальная очистка бытовых сточных вод в неканализованных районах. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.23.04 - водоснабжение, канализация. - Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры, Харьков, 2007.

Диссертационная работа посвящена решению актуальной проблемы локальной биологической очистки бытовых сточных вод от жилья в неканализованных районах с доведением качества очищенных сточных вод до уровня требований к сбросу в водоемы рыбохозяйственного назначения.

Дан анализ состояния вопроса локальной очистки бытовых сточных вод. Рассмотрены существующие технологические схемы и методы локальной канализации, применяемые для очистки бытовых сточных вод.

Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований комплекса локальной анаэробно-аэробной биологической очистки бытовых сточных вод от жилья в неканализованных районах на установках малой производительности.

На основании анализа работы и конструктивного оформления УМП, применяемых в отечественной и зарубежной практике локальной очистки бытовых сточных вод, показана целесообразность применения проточной многоступенчатой анаэробно-аэробной биологической очистки бытовых сточных вод с использованием сообщества прикрепленных и свободноплавающих микроорганизмов.

Экспериментами в лабораторных условиях и на реальной производственной очистной установке новой конструкции получены параметры работы ступеней анаэробной и аэробной биологической очистки, закономерности процессов нитрификации, денитрификации и окисления органических загрязнений в специфичных условиях анаэробно-аэробной технологии, доказана возможность получения качества очищенной сточной жидкости на уровне требований нормативов для сброса стоков в рыбохозяйственные водоёмы.

Предложены эмпирические зависимости для процессов биологической очистки бытовых сточных вод сообществом прикрепленных и свободноплавающих микроорганизмов в трех ступенях аэробного биореактора: денитрификаторе, нитрификаторе и биореакторе доочистки.

Разработаны рекомендации на проектирование, позволившие получить ряд УМП заводского изготовления, сертифицированные в Российской Федерации для использования в практике локальной очистки бытовых сточных вод от жилья на неканализованной территории, показана их технико-экономическая эффективность.

Основные результаты диссертационной работы внедрены на ООО “Персей” (Российская Федерация), где была изготовлена, испытана и сертифицирована УМП, а также используется в разработках институтов ОАО “Харьковский Водоканалпроект” и ГКПИИ “Одессаагропроект”

Ключевые слова: биологическая очистка, прикрепленные микроорганизмы, активный ил, нитрификация, денитрификация, иловый индекс, ершовая насадка, биоконвейер, биореактор.

resume

Sorokina N.V. Local treatment of domestic wastewater in uncanalized areas. - Manuscript.

The thesis is submitted to obtain the Candidate of science degree technical (Ph.D), on speciality 05.23.04. - water supply, sewerage. - Kharkov state technical university of construction and architecture, Kharkov, 2007.

The thesis is devoted to the decision to a urgent problem of local biological purification of domestic wastewater from habitation in uncanalized areas with driving of quality of the treated waste water up to a level of the requirements to dump in reservoirs of fishing purpose.

The results of theoretical and experimental researches of complex of local anaerobic-aerobic biological purification of household waste water of habitation in uncanalized areas at plants of small productivity are given.

On the basis of the analysis of work and embodiment of plants of small productivity, used in home and foreign practice of local treatment of domestic wastewater the expediency of application flowing multistage anaerobic-aerobic biological purification of household waste water with use of communities of attached and free-swimming microorganisms is shown.

Using the experiments in laboratory conditions and at real industrial treatment plant of a new design there were received parameters of work of stages of anaerobic and aerobic biological purification, the law of nitrification and denitrification processes, the law of specific speed of oxidation of organic pollution in specific conditions of anaerobic-aerobic technology; the opportunity of reception of quality of treated waste water at level of the requirements of the specifications for dump of drains in fishing reservoirs is proved.

The recommendations on the designing which has allowed to receive a number of plants of small productivity of factory manufacturing, certificated in Russian Federation for use in practice of local treatment of household waste water of habitation in uncanalized areas are developed, their technical and economic efficiency are shown.

Key words: biological purification, attached microorganisms, activated sludge, nitrification, denitrification, silt index, brushing checker, bioconveyor, bioreactor.

Размещено на Allbest.ru

...