Подбор и расчет оборудования для очистки сточных вод предприятия микробиологической промышленности

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Пензенский государственный технологический университет» (ПензГТУ)

Факультет биотехнологий

Кафедра «Биотехнологии и техносферная безопасность»

Дисциплина «Инженерные методы защиты гидросферы»

Курсовая работа по дисциплине: «Инженерные методы защиты гидросферы»

На тему: «Подбор и расчет оборудования для очистки сточных вод предприятия микробиологической промышленности»

Выполнил: студент группы 16ЗТ1бп Богонин Н.В.

Проверил: к.б.н., доцент кафедры БТБ Полянскова Е.А.

Пенза 2020



Утверждаю

зав. кафедрой БТБ

д.т.н., профессор

Таранцева К.Р.

«___»_____2019 г.

Задание на курсовую работу по дисциплине «Инженерные методы защиты гидросферы»

Студенту Богонину Н.В., группы 16ЗТбп

Тема: «Подбор и расчет оборудования для очистки сточных вод предприятия микробиологической промышленности»

В ходе выполнения курсовой работы необходимо решить следующие задачи:

- охарактеризовать состав сточных вод предприятия (указать предприятие согласно варианту) или название конкретного предприятия

- проанализировать существующие схемы очистки сточных вод предприятия (указать предприятие согласно варианту) или название конкретного предприятия

- подобрать схему очистки сточных вод предприятия (указать предприятие согласно варианту) или название конкретного предприятия

- рассчитать оборудование по схеме

Руководитель: Полянскова Е.А.

Студент: Богонин Н.В.



Содержание

Введение

1. Характеристика состава сточных вод предприятия микробиологической промышленности

2. Анализ существующих схем очистки сточных вод предприятия микробиологической промышленности

3. Подбор и расчет оборудования для очистки сточных вод предприятия микробиологической промышленности

3.1 Схема очистки сточных вод для микробиологической промышленности

Заключение

Список литературы



Введение

Микробиологическая промышленность -- отрасль народного хозяйства, в к-рой производственные процессы основаны на микробиологическом синтезе. Сырьем, используемым в М. п., являются углеводороды нефти и газа, гидролизаты древесины, отходы промышленной переработки масличных культур, сахарной свеклы, хлопка и т. д.

С помощью микробиол, синтеза (микроорганизмов) производят такие важнейшие продукты и препараты, как антибиотики медицинского и немедицинского назначения, витамины, ферменты, аминокислоты, вакцинные и иммуногенные препараты, кормовые дрожжи, средства защиты растений, бактериальные удобрения, а также фурфурол, спирт, ксилит и т. д.

М. п. в нашей стране создана в 1966 г. на основе достижений в биологической науке, биоинженерии, технической микробиологии, химии, физике, хим. и микробиол, технологии и т. д. Ферментные препараты, получаемые методом микробиол, синтеза, применяются в различных отраслях промышленности -- спиртовой, пивоваренной, хлебопекарной, крахмалопаточной, меховой, кожевенной, бумажной, а также широко используются в бытовой химии, сельском хозяйстве, косметике и т. д.



1. Характеристика состава сточных вод предприятия микробиологической промышленности

Величина рН сточных вод в значительной степени определяется технологией производства и ассортиментом выпускаемой продукции. Для производств, не связанных с процессами молочнокислого брожения, показатель рН стока близок к нейтральному: для молочно консервных комбинатов и маслодельных заводов рН=6,8- 7,4. На сыродельных заводах, городских молочных заводах и других предприятиях, вырабатывающих творог и кисломолочные продукты, в канализационную сеть сбрасывается определенное количество сыворотки, что обуславливает снижение рН сточных вод до 6,2.Колебания рН стока часто вызываются также сбросом в канализацию кислотосодержащих и щелочных реагентов, применяемых при мойке оборудования. Резкое кратковременное повышение рН общего стока до 10 - 10,5 может быть объяснено залповым сбросом щелочных моющих растворов, которые в основном применяют на молочных заводах. Длительное пребывание сточных вод в анаэробных условиях: в канализационной сети или в отстойниках, обуславливает закисание жидкости в результате молочнокислого брожения и приводит к снижению рН.

Взвешенные вещества сточных вод молочных заводов представлены частичками твердых продуктов переработки молока: кусочки творога, молочные пленки, сырное зерно и пр. и другими примесями, такими как грунт и песок, попадающими в канализацию при мойке технологического оборудования, тары и помещений. Основная часть взвеси, до 90%, представлена органическими веществами, как правило, белкового происхождения. Концентрация взвешенных веществ колеблется в широких пределах в зависимости от технологического цикла производства. Колебание концентраций внутри одного технологического цикла наблюдается и по часам суток; наибольшее количество взвеси поступает в начальный период мойки оборудования. Концентрации взвешенных веществ в стоках могут достигать 1300-1500 мг/л.

Загрязненность сточных вод органическими примесями характеризуется показателями ХПК и БПК. Значения ХПК и БПК сточных вод колеблются в широких пределах, особенно на предприятиях, выпускающих сырную продукцию, где ХПК может достигать 3500 мг/л [2].

Содержание жиров в сточных водах предприятий молочной промышленности определяется, в основном, ассортиментом выпускаемой продукции и технологией производства. В зависимости от этих факторов изменяется не только концентрация жиров в сточных водах, но и вид этих загрязнений. Сточные воды цельномолочного производства содержат жиры в том же виде, что и натуральное молоко, поскольку потери молока являются основным загрязнением этих стоков. Жиры молока представляют собой мельчайшие шарики, окруженные гидратированной белковой оболочкой, которые крайне медленно всплывают при отстаивании сточных вод. При производстве высокожирной продукции, такой как сливки, сметана, масло, из молока извлекаются крупные шарики жира. Происходит их слипание и укрупнение, а также разрушение белковой оболочки. Поэтому жировые примеси, содержащиеся в сточных водах таких производств, существенно отличаются по виду и концентрации от подобных загрязнений сточных вод других молочных заводов. Выделение жировых примесей из сточных вод от производства высокожирной продукции, происходит значительно быстрее и эффективнее, чем из сточных вод других производств. Жиры, присутствующие в стоках в виде частиц коллоидных растворов, представляют собой мельчайшие капельки жидкости, имеющей практически такую же плотность, как и водная среда. Их наличие существенно увеличивает значения ХПК и БПК. Концентрация жиров и жироподобных веществ в сточных водах заводов и цехов, специализированных на выпуске высокожирной продукции, составляет 200-400 мг/л. Азот в сточных водах молочных заводов содержится, в основном, в виде аминогрупп белковых соединений. В небольших количествах в сток попадает также азот аммонийных солей из аммиачных компрессоров. Общая концентрация соединений азота составляет 120-150 мг/л.

В таблице 1 в качестве примера приводятся концентрации сточных вод ОАО «Ува-молоко» (2010 г.) как типичного предприятия молочной промышленности.

Лабораторный анализ проведен технологами предприятия.

Сброс сточных вод данного предприятия, как и многих других, осуществляется в водоем рыбохозяйственного назначения.

соответствовать нормативам, указанных в приказе Федерального агентства по рыболовству от 18 января 2010г. «Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных рыбохозяйственного значения». Предельно допустимые концентрации сточных вод на выпуске в водоем также представлены



2. Анализ существующих схем очистки сточных вод предприятия микробиологической промышленности

Анализ схем очистки

1-исходные сточные воды; 2-аэротенк; 3-вторичный отстойник; 4-сточные воды после отстойника; 5-возвратный раствор аэробного сбраживания; 6-аэробное сбраживание; 7-осадок после аэробного сбраживания.

1-исходные сточные воды; 2-аноксидный реактор; 3-аэротенк; 4-вторичный отстойник; 5-сточные воды после отстойника; 6-возвратный раствор аэробного сбраживания; 7-аэробное сбраживание; 8-осадок после аэробного сбраживания.



1-исходные сточные воды; 2-аэротенк; 3- возвратный раствор аэробного сбраживания; 4-вторичный отстойник; 5- аэробное сбраживание; 6-осадок после аэробного сбраживания; 7-альгакультура; 8-отстойник водорослей; 9-сточные воды после обработки; 10-биомасса водорослей.

1-исходные сточные воды; 2-первичный отстойник; 3-первичный осадок; 4-альгакультура; 5-отстойник водорослей; 6-биомасса водорослей; 7- возвратный раствор аэробного сбраживания; 8-аэротенк; 9-аэробное сбраживание; 10-вторичный отстойник; 11-сточные воды после отстойника; 12- осадок после аэробного сбраживания.

1- исходные сточные воды; 2-отстойник водорослей; 3-биомасса водорослей; 4-аэротенк; 5-альгакультура; 6- возвратный раствор аэробного сбраживания; 7-вторичный отстойник; 8-аэробное сбраживание; 9-сточные воды после отстойника; 10- осадок после аэробного сбраживания.



Базовая схема предусматривает процесс с активным илом и вторичное отстаивание. В этом случае предусмотрена нитрификация для перевода аммонийного азота в нитраты (время задержки твердой фазы составляет 18 сут.), при этом не предусматривается полное удаление азота в результате денитрификации. Избыточный активный ил стабилизируют аэробным сбраживанием, осветленный раствор возвращают в голову процесса.

Вторая схема рассматривается как традиционная схема удаления биогенов (далее «Базовая-У»), обычно используемая на очистных сооружениях небольшой мощности. Здесь перед аэротенком установлен аноксидный реактор с рециркуляцией иловой смеси для частичной денитрификации. Перед отстаиванием к иловой смеси добавляют алюминат для удаления фосфора.

В трех остальных схемах в процесс очистки сточных вод интегрирована культивация микроводорослей на различных этапах технологической схемы.

К ним относятся:

· альгакультура в качестве третичной обработки сточных вод для удаления биогенов после процесса с активным илом (далее «третичная»);

· альгакультура в качестве вторичной обработки для удаления биогенов перед процессом с активным илом (далее «вторичная»);

· альгакультура для локальной обработки возвратного концентрированного по биогенам раствора после обезвоживания осадка аэробного сбраживания (далее «локальная») [14].

Все представленные схемы обеспечивают удаление азота и фосфора, что является преимуществом по отношению к традиционным схемам, (особенно, на очистных сооружениях небольшой мощности), где, в основном, практикуется удаление либо азота, либо фосфора. При этом новая технология обеспечивает удаление фосфора в процессе синтеза клеток. Установлено, что биогены в составе биомассы более биодоступны, чем после химического осаждения в традиционных схемах. Схемы вторичной обработки и обработки возвратного потока аэробного сбраживания повышают эффективность процесса с активным илом. В случае их использования происходит удаление органического углерода и аммония, что снижает их содержание в сточных водах, поступающих в процесс с активным илом. Это, в свою очередь, уменьшает расход кислорода для снижения БПК и нитрификации. Кроме этого, данные схемы позволяют осуществлять согласование параметров биологического и фототрофного процессов, тогда как при третичной обработке фототрофный процесс не связан технологическими потоками с вторичной обработкой (процесс с активным илом). Также отмечается возможность удаления тяжелых металлов в фототрофном процессе (наряду с биогенами), которые могут отрицательно влиять на состав микрофлоры в процессе с активным илом.

Наряду с потенциальными преимуществами в настоящее время существует ряд препятствий для практической реализации данных схем. Одним из основных является потребность в значительных земельных площадях. Поскольку для развития микроводорослей требуется солнечный свет, реакторы для фототрофного процесса должны иметь высоту не более 1 м (в сравнении с 4 м для биореактора). В этой связи повышается целесообразность использования схемы обработки возвратного потока. Также при встраивании фототрофного процесса в схемы очистных сооружений надо учитывать, что в процессе с активным илом для эффективного удаления органического углерода требуется азот и фосфор. Их недостаток ведет к развитию нитчатых бактерий и внеклеточных веществ, что значительно увеличивает иловый индекс и обуславливает плохое отстаивание.



3. Подбор и расчет оборудования для очистки сточных вод предприятия микробиологической промышленности

Метод биологической очистки получил широкое распространение, применяется для очистки бытовых и промышленных сточных вод химических производств. Этот метод основан на способности микроорганизмов использовать в качестве питательного субстрата многие органические соединения, содержащиеся в сточных водах. Использование биологического метода обусловлено его достоинствами: возможностью удалять из сточных вод разнообразные загрязняющие вещества; простотой аппаратурного оформления; относительно невысокими эксплуатационными расходами. К недостаткам метода следует отнести большие капитальные затраты, необходимость строгого соблюдения технологического режима очистки, токсическое действие на микроорганизмы ряда органических и неорганических соединений, необходимость разбавления сточных вод в случае высокой концентрации примесей. Процесс изъятия и потребления микроорганизмами органических примесей сточных вод состоит в основном из трех стадий: массопереноса органического вещества и кислорода из жидкости к поверхности клетки; диффузии вещества и кислорода через полунепроницаемую мембрану клетки и метаболизма диффундированных веществ, сопровождающегося приростом биомассы, выделением энергии, диоксида углерода и т.д. Процессы переноса и сорбции органических веществ микроорганизмами существенного значения в механизме биологической очистки сточных вод не имеют. Основная роль принадлежит процессам превращения вещества внутри клетки. В результате этих превращений формируются биоценозы микроорганизмов, состав которых зависит от характера примесей сточных вод, исходного посевного материала и условий проведения процесса очистки сточных вод. Биоценозом аэротенков является активный ил. Активный ил - это амфотерный коллоид, имеющий в интервале значений рН = 4 - 9 отрицательный заряд. Поверхность колоний бактерий, образующих хлопья активного ила, достигает 100 м 2 на 1 г сухого ила. Активный ил представляет собой сложный комплекс микроорганизмов разных систематических групп (например, бактерий, простейших грибов, личинок насекомых и др.), между которыми складываются определенные взаимоотношения: симбиотические (обоюдополезные) или антагонистические (враждебные). Самая многочисленная группа микроорганизмов в активном иле - бактерии. Число их колеблется от 108 до 1012 клеток на 1 г сухого ила. Из активного ила выделено более 100 штаммов бактерий. Биоценозом биологических фильтров является биопленка, которая представляет собой слизистые обрастания толщиной 1 - 3 мм и более на насадке биофильтров. В биопленке биофильтров наблюдается больше разнообразных представителей простейших, коловраток, червей. Главное действующее начало активного ила биопленки - бактерии. Многие виды бактерий, участвующие в процессе очистки, могут в результате адаптации индуцировать новые специфические ферменты, что позволяет окислять большинство вновь производимых промышленностью органических веществ.

В последние годы заметно возрос интерес к биофильтрам в связи с разработкой их новых эффективных конструкций с пластмассовой загрузкой, с вращающимися биодисками, а также с применением различных биотенков. По сравнению с аэротенками биофильтры менее энергоемки, они рентабельны для обработки сравнительно небольших количеств сточных вод. Биофильтр состоит из корпуса, водораспределительного, дренажного и воздухораспределительного устройств и блока загрузки (рис. 4). Проходя через загрузочный материал, загрязненная вода оставляет на нем нерастворенные примеси, а также коллоидные и растворенные органические вещества. Загрязнения сорбируются биопленкой, покрывающей поверхность загрузочного материала. Микроорганизмы, образующие биопленку, окисляют органические вещества, в результате чего увеличивается масса активной биопленки в теле фильтра. Омертвевшая и отработавшая биопленка смывается протекающей сточной водой и выносится из тела биофильтра. Биопленка состоит, главным образом, из бактерий, простейших грибов, питающихся содержащимися в сточных водах органическими веществами. В них также могут присутствовать иловые черви, личинки мух и другие микроорганизмы. В теплую погоду солнечный свет способствует росту водорослей на поверхности загрузки фильтра.

Биологический слой, хотя и очень тонкий, является анаэробным в своей внутренней части. Поэтому, несмотря на то что биологическое фильтрование называют аэробным процессом, оно по существу представляет собой смесь аэробного и анаэробного процессов. По конструктивным особенностям загрузочного материала все существующие биофильтры можно разделить на два вида: с объемной загрузкой и плоскостной загрузкой. Биофильтры с объемной загрузкой делятся на следующие группы: капельные, имеющие крупность фракций загрузочного материала 20 - 30 мм, высоту слоя загрузки 1 - 2 м; башенные, имеющие крупность фракций загрузочного материала 40 - 60 мм и высоту слоя загрузки 8 - 16 м; высоконагружаемые с крупностью фракций загрузочного материала 60 - 80 мм и высотой слоя загрузки 2 - 4 м. Капельные биофильтры можно рекомендовать при расходах воды до 1000 м 3 /сут; высоконагружаемые и башенные - при расходах до 30 - 50 тыс. м 3 /сут: допускается применять высоконагружаемые фильтры большой пропускной способности. В качестве загрузочного материала в биофильтрах с объемной загрузкой используют щебень, гравий, шлак, керамзит, другие материалы плотностью 500 - 1500 кг/м 3 и пористостью 40 - 50 %. Биофильтры с плоской загрузкой разделяют на группы по типу загрузки: жесткая засыпная в виде колец, обрезков труб и других элементов, могут быть использованы керамические, пластмассовые и металлические засыпные элементы плотностью 100 - 500 кг/м 3 при высоте слоя 1 - 6 м; жесткая блочная в виде решеток или блоков, собранных из чередующихся плоских и гофрированных листов; различные виды пластмасс плотностью 40 - 100 кг/м 3 при высоте слоя 2 - 16 м, а также асбестоцементные листы плотностью 200 - 250 кг/м 3 при высоте слоя 2 - 6 м; мягкая металлическая сетка, пластмассовые пленки или синтетические ткани, мягкая металлическая сетка, пластмассовые пленки или синтетические ткани, которые крепят на специальных каркасах или укладывают в виде рулонов, такая загрузка имеет плотность 5 - 60 кг/м 3 при высоте слоя 3 - 8 м. В капельном биофильтре сточная вода подается в виде капель или струй. Естественно, вентиляция воздуха происходит через открытую поверхность биофильтра и дренаж. Особенностью высоконагружаемых биофильтров является более высокая, чем в капельных, окислительная мощность, что обусловлено незаиливаемостью таких фильтров и лучшим обменом воздуха. Достигается это благодаря применению крупного загрузочного материала и повышению гидравлической нагрузки. Проектируются эти биофильтры круглыми и прямоугольными в плане со сплошными стенками и двойным дном: верхним - в виде колосниковой решетки и нижним - сплошным. Воздух в междонное пространство нагнетается вентиляторами. Вся поверхность биофильтра непрерывно орошается водой. Высоконагружаемые биофильтры могут обеспечивать любую заданную степень очистки сточных вод, поэтому применяются как для частичной очистки, так и для полной. Определенный интерес представляют конструкции закрытых биофильтров с верхней подачей воздуха, в результате чего в верхней части биофильтра происходит интенсивное окисление органических веществ. Практика эксплуатации показывает, что причинами неудовлетворительной работы биофильтров могут быть: перегрузка по расходу сточных вод и особенно по концентрации органических загрязнений и взвешенных веществ; выключение биофильтра на длительные сроки (более суток); недостаточное количество подаваемого воздуха; дефицит биогенных элемен- тов в сточных водах; малая гидравлическая нагрузка, вызывающая скопление биопленки в теле биофильтра; высокая гидравлическая нагрузка, приводящая к чрезмерному выносу биопленки; наличие в сточных водах токсичных компонентов, жиров, масел и тому подобного в концентрациях, превышающих допустимые; засорение или замерзание оросителей и др.

Методика расчета. Применяемые расчетные формулы для проектирования биофильтров можно условно разделить на две группы. Первую группу составляют формулы, описывающие корреляционную взаимосвязь различных параметров, влияющих на процесс очистки, но не отражающих механизм этого процесса, вторая группа - формулы, основанные на представлениях о кинетике реакций окисления. Качество очищенной воды для практических целей оценивают обычно по показателю БПКполн (за 30 дней), а в расчетах полное окисление воды производится до БПКполн = 15 мг О2/л.

Метод расчета биофильтров основан на определении окислительной мощности (ОМ), в граммах кислорода в сутки, которая может быть получена с 1 м 3 загрузочного материала для снижения БПКполн сточной жидкости до 15 мг О 2 л :

где ОМ - окислительная мощность, г БПК/(м 3 ·сут) (табл. П2); V1 - объем загрузочного материала, необходимый для очистки 1 м 3 /сут сточной воды, м 3 ; S0 - БПКполн, поступающих на очистку сточных вод, 3 г О2 м ; S - БПКполн выходящих сточных вод после очистных сооружений, 3 г О2 м . Зная суточное количество сточных вод Q и окислительную мощность ОМ, можно определить общий объем загрузочного материала:

где Q - расход сточных вод, м 3 /сут. Задаваясь предварительно высотой фильтра, определяют площадь биофильтра:

где F - площадь фильтра, м 2 ; H - высота фильтра, м. Типовые диаметры биофильтров: 6, 12, 18, 24 и 30 м. Величина БПКполн сточных вод, поступающих на биофильтры, не должна превышать 220 3 г О2 м для капельных биофильтров и 300 3 г О2 м для высоконагружаемых биофильтров. При значениях S0 выше допустимых необходимо предусмотреть рециркуляцию воды, коэффициент которой определяется по формуле:

где R - коэффициент рециркуляции; Sсм - БПКполн циркулирующей смеси, 3 г О2 м, определяемая по формуле :

где КТ - температурная константа потребления кислорода (для 8 - 10 КТ = 4,4). Для других температур КТ определяют из уравнения:

С; H - высота биофильтра, м.где К10 = 4,4; Т - температура воды, Зная коэффициент рециркуляции R, определяют объем рециркулирующей воды QR:

где Q - количество поступающей на очистку воды, м 3 /сут. Необходимое количество воздуха для аэрации биофильтра определяется по формулам:

где B0 - удельный расход воздуха, м 3 /м 3, жидкости; B - расход воздуха в сутки, м 3 /сут. Высоконагружаемые биофильтры, как правило, выполняют одноступенчатыми, рабочую высоту принимают от 2 до 4 м. Повышению эффективности работы высоконагружаемых биофильтров малой высоты способствует рециркуляция, которая компенсирует недостаток высоты загрузки. Обычно, чем больше загрязнение воды и хуже климатические условия, тем выше принимается кратность рециркуляции. Гидравлическая нагрузка биофильтров следующая: капельный биофильтр - 2 - 5 м 3 (м 3 ·сут), высоконагружаемый - 10 - 30 м 3 (м 3 ·сут). Для высоконагружаемого фильтра выбирается гидравлическая нагрузка q и уточняется площадь биофильтра:

Гидравлическая нагрузка биофильтра может быть рассчитана на основании нагрузки в граммах БПК на 1 м2 в сутки N:

Для высоконагружаемых биофильтров N обычно равна 1 700 - . 2 м сут3 000 г БПК Эффективность работы биофильтра по очистке сточных вод б определяется по формуле, %,

Расчет аэротенков. Аэротенки представляют собой открытые аппараты (железобетонные или металлические), снабженные специальным оборудованием для подачи воздуха и поддержания активного ила во взвешенном состоянии. Современные аэротенки - гибкие в технологическом отношении сооружения, они успешно применяются для полной и частичной очистки многих видов производственных сточных вод в широком диапазоне концентраций загрязнений и расходов сточных вод. Аэротенки можно классифицировать по следующим основным признакам: - по гидравлическому режиму (аэротенки-вытеснители, аэротенкисмесители и аэротенки промежуточного типа (рис. 5)); - способу регенерации активного ила (с отдельно стоящими регенераторами и совмещенные); - нагрузкам на активный ил (высоконагружаемые, обычные и низконагружаемые); - количеству ступеней очистки (одно-, двух- и многоступенчатые); - режиму ввода сточной жидкости (проточные и контактные с переменным рабочим уровнем); - конструктивным признакам (прямоугольные, круглые, комбинированные, противоточные, шахтные, фильтротенки, флототенки и др.); - типу систем аэрации (с пневматическими, механическими, гидродинамическими и пневмомеханическими аэраторами). Аэротенки-вытеснители представляют собой коридорные сооружения, в которых сточные воды проходят последовательную очистку без полного смешения со всем объемом жидкости в резервуаре. В аэротенках данного типа глубина очистки сточных вод является функцией расстояния, пройденного жидкостью от точки впуска. Однако такой режим практически осуществим только при соотношении общей длины коридора аэротенка к ширине более 30: 40. Гидродинамический режим движения в аэротенке наиболее полно приближается к режиму полного вытеснения в резервуаре, разделенном перегородками на шесть-восемь последовательно соединенных секций. Особенностью аэротенка-вытеснителя является то, что микроорганизмы активного ила в процессе очистки сточной жидкости находятся в раз- ных физиологических стадиях своего развития. На начальной стадии процесса наблюдается избыток питательных веществ, на конечной - их недостаток. В связи с этим кислород воздуха подается в большом количестве в начале аэротенка с постепенным снижением его к концу. С учетом неравномерности поступления загрязнений со сточными водами задача распределения воздуха по длине аэротенка-вытеснителя в соответствии со скоростями потребления кислорода активным илом становится трудноосуществимой.

При залповом поступлении токсичных для активного ила компонентов сточных вод, что характерно для многих производственных стоков, применение аэротенков-вытеснителей нецелесообразно. В этом случае нарушается работа биоценоза активного ила; он теряет свою активность, вспухает и выносится из вторичных отстойников. Аэротенки-смесители представляют собой сооружения, в которых поступающие сточные воды и активный ил почти мгновенно перемешиваются со всей массой иловой смеси резервуара. В этом сооружении обеспечивается равномерное распределение органических загрязнений и растворенного кислорода. Конструктивной особенностью аэротенка-смесителя является рассредоточенный впуск и выпуск смеси сточных вод и активного ила (см. рис. 5). Благодаря этому во всех точках объема аэротенка устанавливается одинаковая концентрация органических веществ. Большое разбавление поступающих сточных вод очищенной водой, содержащейся в аэротенке, позволяет подавать в него сточную воду с относительно высокой концентрацией загрязнений. К недостаткам аэротенков-смесителей следует отнести более сложную систему впуска и выпуска жидкости, а также сравнительно низкую среднюю удельную скорость окисления, поскольку концентрация загрязнений в иловой смеси находится на уровне значений, предъявляемых к очищенной воде, что соответственно снижает окислительную мощность этих сооружений по сравнению с аэротенками-вытеснителями. В аэротенках с рассредоточенным впуском сточной жидкости (при сосредоточенной подаче активного ила) концентрация активного ила на входе равна его содержанию в возвратном иле и постепенно уменьшается по мере приближения к выходу из сооружения. Средняя концентрация активного ила в сооружении несколько повышена. Остаточные загрязнения в очищенной жидкости снижаются к концу сооружения. Распределение загрязнений в таких аэротенках неравномерно, так же как и в аэротенках вытеснителях, поэтому этим сооружениям присущи и те же недостатки. Аэротенки, совмещенные с регенераторами активного ила, обладают существенным недостатком, который проявляется в том, что за счет продольного перемешивания доза ила в регенераторе снижается по сравнению с концентрацией возвратного ила из вторичных отстойников. Для устранения этого недостатка целесообразно отделять регенератор от аэротенка перегородкой с перепускным отверстием. В аэротенках с разными структурами потоков существенно различны и условия развития популяций микроорганизмов. В аэротенках вытеснителях нагрузка на ил и скорость потребления кислорода максимальны в начале сооружения и минимальны в конце (рис. 6). В аэротенках-смесителях нагрузка на ил постоянна во всем объеме сооружения. При рассредоточенной подаче сточной жидкости полная нагрузка по загрязнениям достигает максимума к концу сооружения, но степень очистки воды может быть очень высокой. В отечественной практике преимущественно применяют аэротенки с пневматической аэрацией. Применение аэротенков с механической аэрацией, импеллерными и центробежными аэраторами экономически целесообразно при производительности очистной станции, не превышающей 6.000 м 3 /сут. микробиологический сточный биофильтр аэротенок

Методика расчета. При расчете аэротенков всех систем необходимо учитывать факторы, оказывающие влияние на скорость процесса: дозу ила, концентрацию загрязнений в исходной и очищенной воде, концентрацию растворенного кислорода, а также скорость окисления загрязнений и активность микроорганизмов ила. Кроме того, следует оценивать гидродинамическую структуру потоков в сооружениях. БПКполн сточных вод, поступающих на очистку в аэротенках, не должно превышать 1.000 - 1.200 мг О2/л для двухступенчатой системы и 500 мг О2/л - для одноступенчатой. Сначала ориентировочно определяют продолжительность аэрации смеси сточных вод и циркулирующего ила tа , ч:

где А - зольность ила в долях единицы, принимается 0,3; S0 - БПКполн поступающей в аэротенк воды, мг О2/л; S - БПКполн очищенной воды, равен 15 мг О2/л; баэр - доза ила (в аэротенках-смесителях без регенерации - 3 г/л; с регенерацией - 2 - 4,5 г/л); r - скорость окисления загрязнений, мг БПК/(г·ч) (табл. П4). Степень циркуляции активного ила R в аэротенках рассчитывается по формуле:

где J - иловый индекс (табл. П5). Иловый индекс оценивает способность ила к оседанию и представляет собой объем активного ила после отстаивания в течение 30 мин иловой смеси объемом 100 мл, отнесенный к 1 г сухого вещества ила. При нормальном состоянии активного ила его иловый индекс имеет величину 60 - 150 мг/л. Для определения илового индекса необходимо знать нагрузку на 1 г беззольного вещества ила Кил в сутки:

Дозу ила, поступающего в регенератор из вторичного отстойника брег, г/л, находят по уравнению

Необходимо знать объем циркулирующего активного ила U, м 3 :

где Q - расход сточных вод, м 3 /ч. БПКполн сточных вод с иловой смесью в аэротенке Sсм, мг О2/л, устанавливают по формуле

Продолжительность пребывания сточных вод в собственно аэротенке ta', ч:

Продолжительность окисления снятых загрязнений t0, ч:

Продолжительность регенерации циркулирующего ила tр, ч, определяется из равенства

Объем собственно аэротенка Va , м 3 :

Объем регенератора Vp, м 3 :

Общий объем аэротенка и регенератора V, м 3 :

Прирост ила Пр, мг/л, в аэротенках всех типов определяется по формуле

где ВВ - количество взвешенных веществ в сточной воде, поступающей в аэротенк, мг/л. Удельный расход воздуха В0, м 3 /м 3 воды, при очистке сточных вод в аэротенке

где n - удельный расход кислорода на 1 мг БПК (принимается для полной очистки - 1,1 мг/мг; для неполной очистки - 0,9 мг/мг); K1 - коэффициент, учитывающий тип аэратора (принимается равным 0,75 для среднепузырчатой и низконапорной аэрации, для мелкопузырчатой аэрации - 1,34 - 2,3); K2 - коэффициент, зависящий от глубины погружения аэратора (определяется по табл. П6); n1 = 1+0,002(Тср - 20) - коэффициент, учитывающий среднемесячную температуру сточных вод; Тср - среднемесячная температура сточной воды за летний период; n2 - коэффициент, учитывающий отношение скорости переноса кислорода в иловой смеси к скорости переноса его в чистой воде (принимается равным 0,7). Растворимость кислорода воздуха в воде Cр, мг/л:

где СТ - растворимость кислорода воздуха в воде в зависимости от температуры и давления (определяется по табл. П7); С - концентрация кислорода в аэротенке - 2 мг/л; Н - рабочая глубина аэротенка (табл. П10, П11), м. Использование кислорода N при аэрации определяется по формуле:

где d - дефицит кислорода (табл. П8), доли единицы. Гидравлическая нагрузка аэротенка q, м 3 /(м 2 ·ч):

где F - площадь аэротенка,

Средняя скорость биохимического окисления органического вещества в стоках w, мг/(л·ч):

где W - удельная скорость биохимического окисления органического вещества, отнесенная к 1 кг сухого беззольного активного ила в аэротенке (табл. П12), мг/(г·ч); x - концентрация активного ила в иловой смеси, г/л.

где m - нагрузка (количество загрязнений) на 1 г активного ила (табл. П9), г; J - иловый индекс (принимается равным 50 - 100). Содержание биогенных элементов N и P рассчитывают по формулам

где Cа и Сф - концентрации соединений азота и фосфора соответственно в пересчете на азот и фосфор, мг/л. Расчет необходимого количества солей, содержащих биогенные элементы, производится по уравнениям, г/ч; при введении:

- азотсодержащих веществ

- фосфорсодержащих веществ

где Mа и Mф - необходимое количество азота и фосфора, г/м 3 ; Xa и Xф - молекулярные массы азотсодержащих и фосфорсодержащих веществ; na и nф - количество атомов азота и фосфора в молекулах применяемых веществ.



3.1 Схема очистки сточных вод для микробиологической промышленности

Исходя из анализа методов очистки сточных вод, поступающих от молокозаводов, предложена технологическая схема очистки сточных вод ОАО «Ува-молоко».

Схема представлена на рис.

В соответствии с предложенной схемой, очистка ведется в несколько ступеней[1];

основные из них:

1.Физико-химическая очистка методом напорной флотации

2.Аэробно-анаэробная биологическая очистка

3.Доочистка на фильтрах.

Сточные воды, поступающие от предприятия, подвергаются усреднению по расходу и составу. Затем они направляются на барабанные фильтры, где происходит задержание крупного мусора, попавшего в систему канализации.

Далее стоки поступают на напорные флотаторы. Перед подачей на флотаторы, в сточные воды вводится флокулянт«Праестол-650ВС» и коагулянт «Аква-Аурат 30».Часть осветленной воды из флотатора забирается на приготовление водовоздушной смеси, или дисперсионной воды, которая вводится через диспергаторы в начало ванны флотатора. Флотация хлопьев загрязнений к поверхности зеркала воды происходит за мельчайших пузырьков воздуха, образовавшихся при дросселировании водовоздушной смеси. Пеношлам с поверхности воды флотатора удаляется скребковым механизмом в пеносборный резервуар. Эффективность физико-химической очистки на флотаторах равна:

- по содержанию взвешенных веществ - 95%;

- по содержанию жиров - 98%;

- по органическим примесям - 60%.

В процессе биологической очистки происходит снижение концентраций следующих примесей:

- взвешенные вещества: с 1378 до 379 мг/л;

- БПК5: с 1191 до 715 мг/л,

- ХПК: с 3248 до 1970 мг/л,

- жиры: с 306,3 до 0,1 мг/л.

Осветленная в процессе физико-химической очистки на флотаторах вода отводится на биологическую очистку в аэротенки. По ходу движения сточные воды проходят следующие зоны:

1-я секция: аноксидная

- бескислородная зона, или денитрификатор,

оборудованная погружной мешалкой; содержание растворенного кислорода в зоне не превышает 0,5мг/л. В зоне осуществляется восстановление азота из нитратов до молекулярной формы N2 и удаление его из системы - денитрификация;

2-я секция: оксидная - аэробная зона, оборудуется системой аэрации из

дисковых аэраторов, содержание растворенного кислорода О2=3,0ч5,0мг/л. В аэробной зоне происходит глубокое окисление органических веществ, а также окисление азота аммонийного до нитритов и нитратов - нитрификация;

3-я секция: зона дегазации, оборудуется эрлифтными системами для рециркуляции нитрат-содержащей иловой смеси в начало денитрификатора.

Остаточное содержание растворенного кислорода О2?0,5ч1,0мг/л.

Для отделения активного ила от биологически очищенных сточных водах после биоблока устраиваются вторичные отстойники.

В процессе биологической очистки происходит снижение концентраций следующих примесей:

- взвешенные вещества: с 379 до 79 мг/л;

- БПК5: с 715 до 36 мг/л,

- ХПК: с 1970 до 98 мг/л,

- NH4: с 24,3 до менее 1,5 мг/л,

- нитраты: с 100 до 15-20 мг/л.

Для достижения нормативных показателей к сбросу в водоем загрязняющих концентраций, необходима двухступенчатая доочистка на фильтрах:

1-ая ступень - с загрузкой из дробленого клиноптилалита;

2-ая ступень - с загрузкой из кварцевого песка.

В процессе доочистки происходит снижение концентраций следующих примесей:

- взвешенные вещества: с 79 до 3 мг/л;

- БПК5: с 36 до 2 мг/л,

- ХПК: с 98 до 30 мг/л,

- NH4: с 1,5 до 0,39 мг/л,

- нитраты: с 15-20 до 9 мг/л.

Для обеззараживания сточных вод принят метод ультрафиолетового облучения.

Состав очищенных сточных вод соответствует требованиям сброса в водоем рыбохозяйственного назначения.

Пеношлам с флотатора и осадок со вторичных отстойников шламовыми насосами подается на фильтр-пресс для обезвоживания. Осадок, обезвоженный до влажности 80%, вывозится на полигон твердых бытовых отходов.

Предложенная схема внедрена в проект «Сооружения очистки сточных вод ОАО «Ува-молоко». Автор настоящей статьи участвовала в создании проекта в составе творческого коллектива ООО «Гидротехнология».



Заключение

Как общая Микробиология, так и её специальные разделы развиваются исключительно бурно. Существуют три основных причины такого развития. Во-первых, благодаря успехам физики, химии и техники Микробиология получила большое число новых методов исследования. Во-вторых резко возросло практическое применение микроорганизмов. В-третьих, микроорганизмы стали использовать для решения важнейших биологических проблем, таких, как наследственность и изменчивость, биосинтез органических соединений, регуляция обмена веществ и др. Успешное развитие современной микробиологии невозможно без гармонического сочетания исследований, проводимых на популяционном, клеточном, органоидном и молекулярном уровнях. Для получения бесклеточных ферментных систем и фракций, содержащих определённые внутриклеточные структуры, применяют аппараты, разрушающие клетки микроорганизмов, а также градиентное центрифугирование, позволяющее получать частицы клеток, обладающие различной массой. Для исследования морфологии и цитологии микроорганизмов разработаны новые виды микроскопической техники. В СССР был изобретён метод капиллярной микроскопии, позволивший открыть новый, ранее не доступный для наблюдения мир микроорганизмов, обладающих своеобразной морфологией и физиологией.

Для изучения обмена веществ и химического состава микроорганизмов получили распространение различные способы хроматографии, масс-спектрометрия, метод изотопных индикаторов, электрофорез и др. физические и физико-химические методы. Для обнаружения органических соединений применяют также чистые препараты ферментов. Предложены новые способы выделения и химической очистки продуктов жизнедеятельности микроорганизмов (адсорбция и хроматография на ионообменных смолах, а также иммунохимические методы, основанные на специфической адсорбции определённого продукта, например фермента, антителами животного, образовавшимися у него после введения этого вещества). Сочетание цитологических и биохимических методов исследования привело к возникновению функциональной морфологии микроорганизмов. С помощью электронного микроскопа стало возможным изучение тонких особенностей строения цитоплазматических мембран и рибосом, их состава и функций (например, роль цитоплазматических мембран в процессах транспорта различных веществ или участие рибосом в биосинтезе белка).



Список литературы

1. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчёта химико-технологического и природоохранного оборудования. Справочник Т.1./А.С. Тимонин, В.Б. Моисеев, К.Р. Таранцева. М.: Калуга: Издательство «Ноосфера», 2015 - 1056 с.

2. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчёта химико-технологического и природоохранного оборудования. Справочник Т.2./А.С. Тимонин, В.Б. Моисеев, К.Р. Таранцева. М.: Калуга: Издательство «Ноосфера», 2015 - 1088 с.

3. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчёта химико-технологического и природоохранного оборудования. Справочник Т.3./А.С. Тимонин, В.Б. Моисеев, К.Р. Таранцева. М.: Калуга: Издательство «Ноосфера», 2015 - 1038 с.

4. Тимонин, А.С. Инженерно-экологический справочник. Т.2 .-- Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2003 .-- 884с.

5. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения. Нормы проектирования. ? М.: Стройиздат, 1985. ? 75 с.

6. Очистка природных и сточных вод: справочник / под ред. Л. Пааль. ? М.: Высш.шк., 1994. - 326 с. 6. Проектирование сооружений для очистки сточных вод: cправ. пособие к СНиП / под ред.

7. С. Шестопаловой. ? М.: Стройиздат, 1990. ?192 с. 4. Ковалева, Н. Г. Биохимическая очистка сточных вод предприятий химической промышленности / Н. Г. Ковалева, В. Г. Ковалев. ? М.: Химия, 1987. - 160 с.

8. Ласков, Ю. М. Примеры расчетов канализационных сооружений / Ю. М. Ласков, В. А. Воронов, В. И. Калицун. ? М.: Стройиздат, 1987. ? 256 с.

9. Хаммер, М. Технология обработки природных и сточных вод / М. Хаммер. ? М.: Химия, 1979. ? 400 с.

Размещено на Allbest.ru

...