WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Рис.4.3.3. Усредненные показатели работы установки

Важной особенностью работы МБР является возникновение градиента концентраций между содержимым биореактора и пермеатом по различным показателям. За период наблюдений отмечалось увеличение ХПК, БПК и концентрации аммонийного азота внутри биореактора по сравнению с пермеатом.

Эффективность очистки по ХПК, БПК и удалению аммонийного азота (в целом по системе «биореактор – мембранный модуль») практически не зависит от времени обработки при Таэр от 2,5 до 17 ч (рис.4.3.4). Эффективность очистки по ХПК составляла 80-90%, по БПК – 98,7-99,7%, по аммонийному азоту – 98,5-99,8%, что не достижимо на традиционных сооружениях биологической очистки.

Рис.4.3.4. Взаимосвязь эффективности очистки с периодом аэрации.

Для установления взаимосвязи между технологическими параметрами был проведён корреляционный анализ. Имеет место статистическая связь градиента концентрации аммонийного азота с Таэр (R= - 0,81) и концентрацией активного ила (R= 0,62) в биореакторе. Градиент концентраций азота при Таэр 2,4–3,2 ч также возрастает. Аммонийный азот не может быть задержан мембраной, перепад его концентраций можно объяснить только процессом нитрификации, протекающим на самой мембране (снаружи или внутри). Это подтверждается также увеличением концентрации нитратов в пермеате по сравнению с их содержанием внутри биореактора. Градиент концентрации аммонийного азота также возрастает при дозах ила 816 г/л.

Оценка взаимосвязи ОМ с Таэр в МБР и концентрацией активного ила показала, что ОМ изменяется в зависимости от этих технологических параметров аналогично процессам, протекающим в аэротенках (рис. 4.3.6).

Рис.4.3.6. Взаимосвязь окислительной мощности по ХПК с периодом аэрации и дозой ила.

ХПК (разница ХПК внутри биореактора и на выходе) значительно возрастала при снижении Таэр (R= -0,51), что связано с дисбалансом между скоростью поступления загрязнений и скоростью их биологического окисления.

Рис.4.3.7. Зависимость градиента ХПК от периода аэрации и дозы ила в биореакторе

Наблюдалась также устойчивая статистическая связь градиента ХПК с концентрацией активного ила (R= 0,57) в биореакторе (рис.4.3.7).

Однако поддерживать дозу ила в биореакторе свыше 8 г/л (для данного вида сточной воды) технологически нецелесообразно не только из-за процессов самоокисления ила и накопления продуктов метаболизма, но и заметного ухудшения условий массопередачи. При дозе активного ила в системе до 8 г/л наблюдался достаточно низкий градиент концентраций как органических загрязнений (по ХПК и БПК), так и азота. Взаимосвязь градиента БПК с Таэр и дозой активного ила аналогична представленной выше зависимости градиента ХПК.

Обработка полученных данных позволила определить тип уравнения кинетики окисления данного вида сточных вод, рассчитать коэффициент ингибирования скорости процесса активным илом и привести к единой дозе ила удельные скорости окисления, мг/(г.ч), с целью определения остальных кинетических констант Vmax, Km и :

, (4-1)

где Vmax – максимальная удельная скорость биохимической деструкции субстрата, отнесенная к единице массы микроорганизмов, мг/(гч); S – концентрация субстрата (количество органических веществ по БПК в очищенной воде), мг/л; Km – константа Михаэлиса, характеризующая сродство фермента с субстратом, мг/л; константа торможения.

Зависимость удельной скорости окисления по БПК биореактора от качества очистки, дополненная данными работы действующего производственного аэротенка (который работал при более низких гидравлических нагрузках) и рассчитанная по вышеприведенному уравнению для реакции с торможением субстратом, подтверждает, что кинетика окисления органических загрязнений по БПК как в производственном аэротенке, так и в МБР описывается идентичной зависимостью.

В разделе 4.4 представлены результаты изучения работы погружных мембранных блоков в МБР. Целью исследований было выявление взаимосвязи параметров работы биореактора с темпом забивания мембран и нахождение оптимальных условий проведения фильтрования.

Параметры работы микрофильтрационных мембран существенно влияют на условия работы биореактора и одновременно зависят от технологических режимов биологического процесса. На эффективность работы мембранных модулей также оказывают влияние скорость потока при фильтровании, интенсивность обратного потока при промывке мембран, частота и длительность циклов фильтрования и обратных промывок, а также интенсивность барботажа воздухом. Поэтому в течение всего эксперимента в автоматическом режиме проводились измерения величин потоков пермеата и потоков при обратной промывке, а также соответствующих им перепадов ТМД на мембранах (рис.4.4.1).

В качестве обобщенной характеристики использовалась величина нормализованного потока Jн, измеряемая как удельный поток через мембрану м3/(м2.сут), отнесенный к единице перепада давления (м. вод. ст.), м/(сутм. вод. ст.).

Рис.4.4.1. Характеристика работы мембранного модуля пилотной установки за период исследований.

На рис.4.4.4. представлены обобщенные результаты работы мембран от разных производителей и отличающихся размером пор (0,22-0,04 мкм).

Рис.4.4.4. Сводная характеристика работы различных мембран.

Графики на рис.4.4.4. показывают, что несмотря на разницу в размерах пор, разные условия работы биореакторов и состав очищаемых жидкостей, в течение первых примерно 30 дней любая новая мембрана резко снижает свою производительность. После этого наступает длительный период стабильной работы (независимо от условий, типа сточной воды, нагрузок и т. д.) с весьма низким и примерно одинаковым темпом потери производительности. Величина Jн 0,2–0,4 м/(сут. м. вод ст.), наблюдаемая в этот период, приемлема с технологической и технико-экономической точек зрения. Длительность этого периода также весьма велика, на что указывает непрерывная работа мембран в пилотной установке в течение года без необходимости ее химической очистки.

Корреляционный анализ позволил установить взаимосвязь среднего темпа снижения нормализованного потока J с технологическими параметрами работы мембранного биореактора. Наблюдается устойчивая статистическая связь темпа снижения нормализованного потока Jн с дозой ила в реакторе (R= 0,76) и с удельной скоростью окисления (рис.4.4.2).

Зависимость темпа снижения нормализованного потока от удельной скорости окисления имеет ярко выраженный минимум, что свидетельствует о наличии области оптимальных параметров работы биореактора по нагрузке на ил. Этот режим характеризуется максимальной степенью очистки в реакторе и минимальным темпом падения производительности мембран.

Рис.4.4.2. Влияние удельной скорости окисления, дозы ила на средний темп снижения нормализованного потока.

Минимальному темпу снижения нормализованного потока J [0,0010,0015 м3/(м2.сут м. вод. ст.)] соответствует величина удельного потока пермеата 0,30,35 м3/(м2.сут), что приемлемо с практической точки зрения.

Глава 5 «Методика расчёта очистных сооружений и технико-экономическая оценка технологии очистки сточных вод в МБР».

В разделе 5.1 представлена методика расчёта биореакторов. Проведенные исследования показали, что расчет биореактора в системах с МБР может производиться по тем же зависимостям, что и аэротенков. Основными расчетными параметрами являются удельная скорость окисления при заданной степени очистки по БПК и доза ила.

Удельная скорость окисления по БПК с учётом степени очистки и концентрации активного ила рассчитывается по уравнению (5-3) с использованием констант и коэффициентов, полученных экспериментальным путем:

(5-3)

Кинетические константы и коэффициенты для конкретного вида городских сточных вод, полученные в результате обработки результатов выполненных исследований, представлены в таблице 5.1.1, и используются при технико-экономической оценке мембранной биотехнологии.

Таблица 5.1.1.

Кинетические константы и коэффициенты для технологического расчета очистных сооружений.

Требуемая площадь фильтрации половолоконных микрофильтрационных мембран, м2 определяется как отношение расхода воды на сооружение (м3/сут.) и рекомендуемой скорости фильтрования через мембраны, м3/м2.сут. Скорость фильтрования для исследованных мембран рекомендуется принимать от 0,3 до 0,35 м3/м2.сут.

В разделе 5.2 представлено конструктивное оформление МБР, система автоматического контроля и управления.

В разделе 5.3 выполнена технико-экономическая оценка применения МБР для станции производительностью 30000 м3/сут на примере городских сточных вод. Технико-экономический расчет сооружений биологической очистки выполнен для двух вариантов: технологическая схема очистки сточных вод с использованием МБР без первичных отстойников и аэротенков по традиционной схеме. Сооружения механической очистки, удаления и обезвоживания осадка приняты одинаковыми для обоих вариантов и в расчёте не учитываются.

Результаты технико-экономического расчета представлены в таблицах 5.3.1 и 5.3.2.

Таблица 5.3.1.

Технологический расчёт очистных сооружений по сравниваемым вариантам.

Сравнительный анализ показывает, что технология очистки сточных вод в МБР позволяет сократить объемы очистных сооружений в 3-4 раза, занимаемую ими площадь в 3-6 раз; сократить количество элементов очистных сооружений, исключив из технологической схемы первичные и вторичные отстойники, блок доочистки, упростить условия эксплуатации; улучшить качество очищенного стока по ХПК в 2-2,5 раза и по БПК – в 5-6 раз, обеспечить практически полное удаление взвешенных веществ и аммонийного азота.

Таблица 5.3.2.

Технико-экономическая оценка показателей сравниваемых вариантов.

Технико-экономическая оценка предлагаемой схемы с МБР по сравнению с традиционной технологией очистки сточных вод показала, что стоимость строительно-монтажных работ по двум вариантам практически равна, но при использовании разработанной технологии достигается экономия за счёт сокращения расходов по таким статьям, как амортизация зданий и сооружений, содержание и текущий ремонт зданий и сооружений. Также в связи с уменьшением количества работающего персонала можно прогнозировать снижение расходов на содержание цехового персонала, заработную плату с начислениями, социальные отчисления, которые трудно поддаются расчёту на стадии анализа новых технологических решений. Снижение затрат на этапе капитального строительства происходит в связи с сокращением занимаемых очистными сооружениями площадей (в рассматриваемом варианте более чем в 7 раз по занимаемой площади), по традиционной схеме рыночная стоимость земельного участка достигает 45-50% от стоимости строительно-монтажных работ данного состава очистных сооружений. При реконструкции существующих очистных сооружений применение МБР позволяет увеличить глубину очистки сточных вод без дополнительного увеличения занимаемых площадей. Годовой экономический эффект может быть рассчитан как разница приведенных затрат при замене одного варианта другим исходя из точных данных о приведенных затратах с учётом капитальных вложений, включающих стоимость оборудования, затрат на зарплату персонала и эксплуатационных затратах.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






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