WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Основным параметром, определяющим вид популяции микроорганизмов, при постоянном расходе сточных вод и достаточно высоком экономическом коэффициенте (YаYв), является величина максимальной скорости роста. Давление отбора определяется разницей максимальных скоростей роста:

= аmax-вmax, (2-29)

Таким образом, в биоценозе активного ила при окислении легкоокисляемого органического субстрата с высоким экономическим коэффициентом происходит автоматическое выделение наиболее быстрорастущих видов, обладающих наиболее высокими максимальными скоростями роста и окисления.

В реакторе в режиме глубокой очистки, когда концентрация субстрата обычно низкая, S0>>St (S<<Kаm и S<<Kвm), можно допустить Kаm+SKаm и Kвm+SKвm. В этом случае скорости роста рассматриваемых видов ниже максимальных (a<<аmax и в<<вmax) и их величина в основном определяется величиной параметра Km:

(2-30)

Когда Yа и Yв 0, отбор видов идет по минимальной величине константы Km, поэтому автоселекция и отбор видов направлены на уменьшение константы Km.

Наиболее доступными и эффективными в инженерном плане явились методы интенсификации, основанные на увеличении биомассы активного ила. Эти методы внедрялись одновременно с решением проблемы разделения концентрированных иловых смесей или удержания биомассы в реакторах.

Бактерии, осуществляющие глубокое удаление трудноокисляемых и биорезистентных органических веществ, обладают низкими скоростями роста. Удаление трудноокисляемых органических веществ на сооружениях биологической очистки со свободноплавающим активным илом часто не дает должного результата по причине вымывания из системы микроорганизмов, окисляющих эти вещества, но имеющих низкие скорости роста. Наиболее эффективным способом удержания в объёме реактора таких микроорганизмов является использование мембран. Поэтому погружные мембраны представляют большой интерес с точки зрения разработки методов глубокой очистки сточных вод.

В разделе 2.2 основное внимание уделено особенностям работы мембранных блоков в системах биологической очистки. Видовой состав активного ила специфичен и индивидуален для каждого вида сточных вод и, главным образом, определяется качественным и количественным составом загрязнений, а также степенью очистки. Характеристики фильтруемой воды существенно влияют на степень забивания мембран в любых мембранных системах. В МБР фильтруемой средой является активный ил, состав которого очень сложен. Механизмы задержания и забивания в основном обусловлены адсорбцией на слое кека или отложением внутри пор мембраны. Во многих случаях накопление кека (слоя осадка) является основным механизмом забивания мембран в МБР.

Процесс забивания мембран в значительной степени определяется технологическими режимами работы биологической ступени МБР, гидродинамической обстановкой в реакторе, а также параметрами и схемой фильтрования, перепадом трансмембранного давления (ТМД) и скоростью фильтрования. Несмотря на большое число публикаций, единая точка зрения на взаимосвязь интенсивности забивания мембран с параметрами работы биологического реактора до сих пор отсутствует, что также требует проведения экспериментальных исследований.

В главе 3 описаны модели лабораторных мембранных биореакторов и приведена методика экспериментальных исследований в соответствии с поставленными задачами.

Исследования проводилась в непрерывно-проточных условиях на лабораторных и пилотной установках МБР с модельными и реальными сточными водами от производства картофельных чипсов и городскими сточными водами (г. Подольск). Были созданы автоматизированные испытательные стенды МБР со свободноплавающей микрофлорой, оборудованные половолоконными микрофильтрационными мембранами с размером пор 0,22 мкм, а также пилотная установка производительностью до 240 л/сут с ультрафильтрационным половолоконным мембранным модулем (диаметр пор 0,04 мкм) (рис. 3.2.2).


Рис. 3.2.2. Схема и общий вид пилотной установки.

1.– сетчатый фильтр; 2.– питающий насос; 3.– насос отбора проб; 4.– мембранный биореактор; 5.– мембранный модуль; 6.– воздушный компрессор; 7.– рабочий насос; 8.– линия обратной промывки; 9.– блок управления; 10.– термометр; 11.– датчик уровня; 12.– датчик рН-метра; 13.– емкость очищенной воды.

Параллельно по традиционной схеме работала установка аэротенк с отстойником.

Эксперименты проводились в непрерывно-проточном режиме в течение длительного времени (от 50 до 350 сут), контроль работы установок осуществлялся на основе стандартных методов анализа, результаты которых подвергались статистической обработке. Кинетические параметры зависимостей определялись графо-аналитическим методом.

Пилотная установка была смонтирована на очистных сооружениях г. Подольска в здании решеток. Установка работала более 12 месяцев. Подача исходной сточной воды производилась непосредственно из канала после механических решеток. Эффективная фильтрационная площадь половолоконных мембран (с размерами пор – 0,04 мкм) составляла 0,93 м2. ТМД поддерживалось в пределах 0,5-5 м. вод. ст.

Процесс фильтрования осуществлялся в циклическом режиме (фильтрация - обратная промывка-фильтрация) с различной частотой. Режимы фильтрования варьировались в диапазоне 600–1800 с (фильтрование), обратная промывка осуществлялась в течение 30 с.

В главе 4 «Экспериментальные исследования» изложены результаты экспериментальных исследований.

Раздел 4.1 посвящен оценке принципиальной возможности использования мембранной микрофильтрации для доочистки биологически очищенной воды, определению роли мембранной фильтрации в процессе доочистки в условиях полного удержания биомассы в биореакторе. Производственные сточные воды характеризуются высоким значением остаточной ХПК. Часто эти стоки имеют высокую цветность. Нередко требуется ступень доочистки для дополнительного снижения ХПК, а традиционные биологические методы доочистки не способны удалять остаточные концентрации загрязнений по ХПК, взвешенные вещества, цветность. В качестве субстрата была выбрана выходящая после вторичных отстойников вода от производства картофельных чипсов. Биологически очищенный сток характеризовался высокой цветностью 80-140 гр. ПКШ, ХПК – 35-120 мг/л, БПК – 5-25 мг/л, азот аммонийный 2-12 мг/л. Результаты работы лабораторной установки по доочистке представлены на рис.4.1.1, 4.1.2, 4.1.4.

Рис. 4.1.1. Динамика изменения содержания органических загрязнений по ХПК.

Эффект очистки по ХПК за период исследований в мембранном биореакторе составил 25%.

Эффект очистки по цветности при установившемся режиме в МБР получен в среднем 15% (рис.4.1.2).

Рис. 4.1.2. Динамика изменения цветности в процессе доочистки биологически очищенной воды в МБР

В процессе доочистки в лабораторной установке МБР имела место нитрификация (рис.4.1.4), которая осуществлялась за счет накопления в МБР биомассы активного ила и, соответственно, нитрификаторов.

Рис. 4.1.4. Динамика изменения азота аммонийного

Концентрация активного ила возросла с 0,08 г/л до 0,8 г/л. Содержание взвешенных веществ в выходящей воде после мембранных биореакторов снижается практически до 0 мг/л.

К концу эксперимента внутри МБР концентрация органических загрязнений по ХПК достигла 270 мг/л, а цветность - 190 град. ПКШ. Вероятно, это биологически стойкие соединения в коллоидной форме, поскольку они задерживаются мембраной.

Материальный баланс по ХПК показал, что при доочистке в МБР окисляется 20,9% из поступившей органики, 3,5% накапливается в виде коллоидов и 75,6% выходит с очищенной водой.

Анализ результатов лабораторных исследований по доочистке биологически очищенных сточных вод указывает, что применение одной мембранной фильтрации даже при наличии активного ила на стадии доочистки не обеспечивает достаточно глубокого окисления остаточных биорезистентных органических веществ (гуминовых, фульвокислот и др.). Остаточная ХПК снижается на 24,4%, цветность - всего на 17,4%.

В то же время, МБР обеспечивает снижение азота аммонийного на 65%, глубокое удаление взвешенных веществ на 95-99%, что позволяет получить очищенную воду, удовлетворяющую современным нормативам по взвешенным веществам (до 3 мг/л).

В разделе 4.2 представлены результаты лабораторных исследований на имитате сточной воды. Цель данной работы заключалась в сравнительной оценке технологических преимуществ метода очистки сточных вод в МБР с традиционной схемой. В качестве органического субстрата использовался ацетон (источник углерода) с добавлением биогенных элементов. Параллельно работал аэротенк с активным илом. Расход сточной воды на аэротенк изменялся от 2,5 до 7 л/сут. Расход воды на МБР в среднем составлял 8 л/сут. Снижение концентрации органических загрязнений по ХПК в МБР и аэротенке представлено графически на рис. 4.2.1.

Рис. 4.2.1. Концентрация органических загрязнений по ХПК (усредненные данные) до и после очистки

Эффективность очистки по ХПК за этот период в аэротенке составляла – 84%, в МБР - 93%, причём окисление органических веществ происходит значительно глубже и с более высокими удельными скоростями окисления (рис.4.2.3).

Рис. 4.2.3. Зависимость окислительной мощности от качества очищенной воды

Как видно из рис. 4.2.3 и 4.2.6 окислительная мощность (ОМ) в МБР по ХПК и аммонийному азоту в 3-4 раза выше ОМ аэротенка при более высокой степени очистки.

Рис. 4.2.6. Зависимость окислительной мощности по аммонийному азоту от его содержания в очищенной воде

Увеличение дозы ила в сооружениях биологической очистки приводит к повышению ОМ (рис.4.2.4). В аэротенке на протяжении всего эксперимента доза активного ила поддерживалась в пределах 0,5-2 г/л, в МБР при иловом индексе 200-600 мл/г концентрация активного ила возрастала от 1,5 до 16 г/л. В аэротенке с вторичным отстойником наблюдался вынос взвешенных веществ от 10 до 190 мг/л.

Рис. 4.2.4. Зависимость окислительной мощности (по ХПК) от дозы ила

Однако, увеличение концентрации активного ила в МБР свыше 10 - 12 г/л приводит к ухудшению гидродинамической обстановки в реакторе, снижению массообменных характеристик системы, затруднению доступа кислорода к активному илу, наблюдаются процессы самоокисления ила, которые сопровождаются ухудшением качества очищенной воды.

Исследования подтвердили перспективность технологии с применением МБР для биологической очистки сточных вод. Совмещение мембранной микрофильтрации с биологическим окислением обеспечивает:

  • увеличение глубины очистки и достижение качества очищенной воды до нормативов на сброс в водоем рыбохозяйственного назначения;
  • повышение окислительной мощности аэрационных сооружений по удалению органических загрязнений и соединений азота в 3-4 раза за счет накопления до оптимальной величины дозы ила в системе;
  • практически полное задержание взвешенных веществ; стабильную эффективность очистки при наличии активных илов с высоким иловым индексом (до 250 мл/г и выше);
  • устойчивость процесса биологического окисления органических соединений и соединений азота;
  • удаление органических загрязнений сточной воды в МБР и традиционных аэротенках описывается идентичными зависимостями.

В разделе 4.3 представлены результаты исследований на пилотной установке в условиях действующих сооружений канализации г. Подольска (Московская обл.) на городских сточных водах. Усреднённые показатели качества исходной воды, подаваемой на установку, составляли: взвешенные вещества – 90-200 мг/л; ХПК – 180-300 мг/л; БПКполн – 120-210 мг/л; азот аммонийный – 17-30 мгN/л; азот органический – 8-22 мгN/л; фосфор – 2,3-4 мгР/л.

В результате проведенных исследований:

  • изучены основные закономерности и особенности процессов биологической очистки в МБР на реальных сточных водах;
  • оценены предельные возможности технологии с применением МБР по производительности (окислительная мощность) и по глубине удаления органических загрязнений и соединений азота;
  • показаны преимущества и условия применения МБР для очистки сточных вод с достижением качества очищенного стока до нормативов ПДК рыбохозяйственного водоема (БПК -1-1,5 мг/л, взвешенные вещества 0-3мг/л, азот аммонийный <0,39 мг/л) без дополнительной ступени доочистки;
  • оценена стабильность технологического процесса в производственных условиях при существенных колебаниях состава и расходов городских сточных вод, температуры и других параметров;
  • в реальных условиях получены оптимальные технологические параметры, кинетические константы и коэффициенты, необходимые для расчета сооружения.

За весь период работы установки можно выделить 7 технологических режимов по продолжительности аэрации (Таэр). Результаты работы установки приведены на рис.4.3.3, 4.3.4.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






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