WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Du,Dc - дозы активного ила и сорбента в аэрационной зоне, г/дм3

Kc - коэффициент, зависящий от дозы сорбента, определяется на основе опытных данных по формуле

и является величиной безразмерной.

Расчетные и опытные коэффициенты полунасыщения при моделировании процессов биосорбционной очистки сточных вод показывают, что относительная ошибка при использовании диффузной модели биосорбционной очистки городских сточных вод не превышает 12%, т.е. эго подтверждает первоначальные гипотезы о независимом протекании процессов биохимического окисления и сорбции загрязнений полукоксом. Так как основная оценка процессов в аэротенках производится по показателю БПК5, то субстрат можно считать при бытовых сточных водах однородным с высокой степенью вероятности.

Преимуществом диффузной модели для описания механизмов процесса

биосорбционной очистки является то, что она позволяет с достаточной точностью определить кинетические зависимости изъятия загрязнений частицами с различными сорбционными и физико-химическими свойствами:
активным илом и порошкообразными угольными адсорбентами. Модель учитывает жизнеспособность бактерий активного ила в различных условиях его адаптации, что особенно важно для биосорбционной очистки.

Для понимания механизма процесса очистки сточных вод в аэротенках
необходимо учитывать, и то что сформированные конгломераты частиц
активного ила также обладают сорбционными свойствами.

Глава 5. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ

В главе приведены основные результаты лабораторных. опытно-промышленных и промышленных исследований по биосорбционной очистке городских сточных вод. В качестве сорбента в работе изучен полукокс термоконтактного коксования, полученный из бурого угля Канско-Ачинского бассейна. Полукокс является макропористым сорбентом. Сравнительная физико-механическая и сорбционная характеристика полукокса представлена в табл. 1.

В качестве объекта исследования использовали модельные растворы сточных вод г. Первоуральска и г. Екатеринбурга.

Приведены описания лабораторной установки и методов выполнения
экспериментальных исследований, методы анализа компонентов сточных вод и
обработки результатов исследований.

Зависимость сорбции анионов из однокомпонентных модельных
растворов полукоксом (рис. 1) показывает, что процесс состоит из двух стадий:
сорбции и десорбции анионов в раствор.

Десорбция анионов объясняется тем, что сухой полукокс содержит в порах воздух и при добавлении в раствор угольный сорбент работает как кислородно-угольный электрод. В растворе происходит гидролитическая адсорбция, в результате которой поверхность сорбента заряжается положительно и на ней сорбируются отрицательные ионы. При постепенном растворении кислорода в воде положительный заряд с поверхности снимается. Длительность процесса сорбции составляет 25 мин для солей хрома (VI), 30 мин - для фосфора, 36 мин - для нитратов, 72 мин - для анионактивных СПАВ. В

первую очередь десорбируются анионы с меньшей мольной энтальпией химических связей.

Условные обозначения:


1 -. бихромат калия, исходная концентрация 1,2 мг/л;
2 - нитрат калия, исходная концентрация 15,5 мг/л;
З - дигидроортофосфат калия, исходная концентрация 100 мг/л;
4 - додецилбензолсульфонат натрия (СПАВ), исходная концентрация 10 мг/ л.

Дозирование порошкообразного полукокса вызывает изменения в процессе сорбции катионов, который протекает иначе. На рис. 2 приведена зависимость сорбции катионов буроугольным полукоксом из модельных растворов. Сорбционное равновесие устанавливается через 30 мин для аммонийного азота, через 60 мин -для солей железа (III). Наиболее эффективно полукокс сорбирует ионы с большим зарядом. Сорбционное равновесие для ионов водорода устанавливается через 24 ч. Водородный показатель постепенно смещается в щелочную сторону. Сорбция положительных ионов на поверхности полукокса обусловлена наличием отрицательно заряженных центров, образующихся в процессе термообработки угля за счет возникновения окислов.

Условные обозначения:

1 - хлорид аммония, исходная концентрация 10 мг/л
2 - вода с pH 6,5;
З - сульфат железа (III), исходная концентрация 2 мг/л.

Полученные данные сорбционных свойств полукокса в статических условиях контакта сорбента с модельными растворами позволили определить оптимальное время, необходимое для сорбции загрязнений из реальных сточных вод. Время контакта для сорбции основных видов загрязнений из городских сточных вод полукоксом составляет 30 мин.

Эффект извлечения загрязнений из сточных вод зависит от дозы

полукокса (рис. 3) и вида загрязнений. Оптимальной дозой полукокса для удаления взвешенных веществ, нефтепродуктов, СПАВ является 500 мг/дм3, а для органических веществ (в пересчете на ХПК) она превышает 4000 мг/дм3, однако доза полукокса сильно зависит от концентрации загрязнений.

Условные обозначения:

1 - нефтепродукты, исходная концентрация 5 мг/дм3
2 - органические загрязнения, исходная концентрация по ХПК 160 мг/дм3
З - взвешенные вещества, исходная концентрация 80 мг/дм3
4 - СПАВ, исходная концентрация 2 г/дм3 (додецилбензолсульфонат натрия).

На эффективность механической очистки сточных вод с использованием буроугольного полукокса оказывает влияние режим перемешивания. Перемешивание в течение 60 мин Обеспечивает контакт всех частиц со

сточными водами и растворение воздуха из пор сорбента. В результате происходит более полное окисление загрязнений и их сорбция полукоксом, вследствие чего при отстаивании сточных вод в течение 1,5 ч эффект очистки по ХПК повышается с 58,2 до 77%. Происходит также укрупнение взвешенных частиц, и эффект осветления возрастает с 58,1 до 87,7%. Буроугольный полукокс при отстаивании сорбирует фосфаты. Их содержание снижается при отстаивании без полукокса с 5,2 до 4,3 мг/дм3, а при использовании полукокса – с 5,2 до 1,2мг/дм3.

Введение полукокса приводит к тому, что соединения аммонийного азота удаляются при механической и биохимической очистке с эффективностью 93,5% (против 73% без использования полукокса). Уменьшается в воде содержание нитритов и нитратов.

При дозировании полукокса эффект удаления органических веществ в процессе механической и биохимической очистки составляет 76% по ХПК и 72% по БПК5 ( против соответственно 59,1% и 52,7% без использования полукокса). Рост эффекта указывает на улучшение работы микроорганизмов. Это связано в первую очередь с их иммобилизацией на частицах полукокса. Кроме того, введение буроугольного полукокса способствует интенсивному массопереносу кислорода из газовой среды в порах сорбента в жидкую - непосредственно сточную воду.

Дозирование порошкообразного буроугольного полукокса в городские сточные воды позволяет в процессе механической и биохимической очистки удалять 99% нефтепродуктов и 49% СПАВ.

При нормальном режиме работы установки ( 0,5 м3/ч ) использование полукокса приводит к существенному увеличению эффекта очистки по ХПК (при дозе сорбента 1000 мг/л) - с 61,0 до 93,1% по БПК, - соответственно с 83,4 до 95,3%, по азоту аммонийному - с 70,4 до 95,6%, по взвешенным веществам-с 66,1 до 96,6%, по железу общему - с 61,3 до 71,5%.

При расходе сточных вод 0,75 м3/ч (1,5-кратная перегрузка) улучшается процесс нитрификации: при дозе полукокса 200 мг/л эффективность очистки по азоту аммонийному составляет 70,4%, при дозе 500 мг/л - 79,3%. Повышается эффект очистки сточных вод по общему железу- с 48,2 до 66,8%.

Добавление буроугольного полукокса существенно сказывается на свойствах активного ила и на показателях работы аэротенка.

Дозирование сорбента способствует повышению скорости окисления с 12,0 до 18,3 мг/л при нормальном режиме и с 10,8 до 13,1 мг/л при перегрузке. Это позволяет сократить время аэрации в 1,40-1,45 раза (с 6 до 4,2 ч при дозе сорбента 1000 мг/л).

Активный ил, содержащий полукокс, быстрее уплотняется. Если активный ил оседает на 20% от общего объема за 30 мин, то активный ил, содержащий полукокс, при нормальном режиме с дозой 1000 мг/л оседает до такого же объема за 1,5 мин. Это позволяет сократить время отстаивания ила во вторичных отстойниках.

Исследования, проведенные на опытно - производственной установке,

подтвердили результаты лабораторных экспериментов и работоспособность технологической схемы биосорбционной очистки городских сточных вод с использованием полукокса, а также возможность интенсификации работы станции аэрации в 1,5 раза при введении полукокса дозой 500-1000 мг/л.

Технология биосорбционной очистки городских сточных вод была проверена в промышленных условиях на аэротенках различных конструкций (аэротенки-отстойники на базе отдыха “Глухое”, продленной аэрации на станции аэрации в пос. Крылосово, аэротенки-смесители на очистных сооружениях г. Рефт). Проведенные производственные исследования показали, что биосорбционная очистка сточных вод с введением буроугольного полукокса в аэротенки обеспечивает более глубокую очистку и повышает эффективность работы сооружений. Например, при дозировании буроугольного полукокса в аэротенки-смесители при дозе 471 мг/л очищенные сточные воды имеют следующие показатели качества: прозрачность более 30 см, взвешенные вещества - 10 мг/л, азот аммонийный - 0,16 мг/л, окисляемость перманганатная - 6,4 мг/л, ХПК - 33 мг/л, БПК5 - 3,8 мг/л.

Биосорбционная технология позволяет удалять из сточных вод в первую очередь трудноокисляемые органические соединения, характеризуемые показателем ХПК (коэффициент 13,2-18,5 от дозы сорбента). В аэротенке-отстойнике компактных установок происходит более устойчивое прикрепление микроорганизмов к поверхности частиц, чем в аэротенках-смесителях, что обусловлено большим возрастом активного ила. Поэтому при изъятии загрязнений, характеризуемых показателем БПК5, коэффициент зависимости от дозы вводимого сорбента выше в аэротенках с большим временем пребывания ила в системе (у аэротенка-отстойника - 11,8, а у аэротенка-смесителя - 0,8). В аэротенках-отстойниках и аэротенках продленной аэрации основным определяющим процессом биосорбции является иммобилизация (прикрепление) микроорганизмов. В аэротенке-смесителе основным процессом является адсорбция загрязнений. Удаление СПАВ зависит от дозы вводимого сорбента: в азротенке-смесителе коэффициент зависимости от дозы составляет 12,0, а в аэротенке-отстойнике - всего 0,9.

Итак, биосорбционная технология позволяет сделать процессы окисления загрязнений в аэротенках более эффективными и интенсивными.

В табл. 2 приведены показатели экономической эффективности биосорбционной технологии с использованием полукокса.

Метод биосорбции является не только эффективным, но и экономически целесообразным как для интенсификации работы действующих очистных сооружений, так и для повышения качества очищенных сточных вод на вновь проектируемых станциях аэрации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В представленной работе на основании выполненных автором
теоретических и экспериментальных исследований разработаны
технологические и технические решения, позволяющие существенно
повысить эффективность защиты водных ресурсов от загрязнения хозяйственно-бытовыми сточными водами. При этом достигается более высокая производительность очистных сооружений за счет комбинации биохимической очистки с физико-химическими методами, повышается эффективность удаления загрязнений из городских сточных вод и улучшается экологическая безопасность водных объектов, геоэкологическая обстановка в водотоках, куда сбрасываются очищенные сточные воды.

В связи с использованием в качестве коагулянта отходов производства
- железосодержащего шлама, при химико-биологической очистке происходит значительное улучшение геоэкологической среды.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем.

1. Обоснована и разработана технология, определены оптимальные условия в режим химико-биологической очистки городских сточных вод с использованием в качестве коагулянта отхода производства нейтрализованного железосодержащего шлама. Повышение эффективности очистки городских сточных вод при введении железосодержащего шлама связано с интенсификацией процессов отстаивания в отстойниках, изменением гидробиологического состава активного ила, смещением рН среды, лучшим развитием прикрепленных микроорганизмов. Оптимальная доза шлама составляет 10-15 мг/л (по железу). Эффект химико-биологической очистки по ХПК повышается на 7-10%, по БПК5 - на 20-22%, по фосфатам - на 50-70%, по нефтепродуктам - на 20-30%, по азоту нитритов - на 25-40%, по азоту аммонийному - на 20-30%.

2. Обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность совместного применения биохимической и сорбционной очистки сточных вод с применением дешевых сорбентов, что позволяет расширить спектр удаляемых загрязнений, повысить качество очистки сточных вод, интенсифицировать работу очистных сооружений до 1,5 раза.

Положительный эффект применения биосорбционной технологии очистки получен на аэротенках различной конструкции. В аэротенках-отстойниках и аэротенках продленной аэрации основным определяющим процессом биосорбции является иммобилизация (прикрепление) микроорганизмов, а в аэротенках-смесителях адсорбция загрязнений.

3. Разработана математическая модель процесса биохимической и биосорбционной очистки городских сточных вод относительно константы полунасыщения, имеющей смысл диффузного сопротивления для субстрата проникающего в частицу адсорбента. Модель позволяет определить кинетические зависимости извлечения загрязнений активным илом и угольным адсорбентом, учитывает жизнеспособность активного ила в различных условиях его адаптации.

4. Экономическая эффективность внедрения химико-биологической очистки с использованием железосодержащего шлама на станции аэрации г. Первоуральска равна 371 тыс. руб. в год за счет снижения платы за сброс загрязняющих веществ в р. Чусовую и уменьшения дозы катионного флокулянта при центрифугировании осадка.

5. Экономическая эффективность внедрения биосорбционной технологии зависит от типа и мощности сооружений и за счет сокращения капитальных и эксплуатационных затрат составляет: на очистных сооружениях производительностью 25 м3/сут. (перегрузка 52%) - 9,9 тыс. руб. / год; производительностью 100 м3/сут. (перегрузка 300%) - 693,7 тыс. руб. / год; производительностью 11000 м3/сут. (перегрузка 18%) - 1105,0 тыс. руб. /год.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В
СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»