WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

Колпаков Михаил Валерьевич

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ В БИОРЕАКТОРЕ С ПОГРУЖНЫМИ КЕРАМИЧЕСКИМИ МЕМБРАННЫМИ МОДУЛЯМИ

05.23.04 – Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород – 2012

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет» Научный руководитель доктор технических наук, профессор, член-корр. РААСН Губанов Леонид Никандрович

Официальные оппоненты: Адельшин Азат Билялович доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Казанский государственный архитектурностроительный университет», заведующий кафедрой «Водоснабжение и водоотведение» Степанов Антон Сергеевич кандидат технических наук, ГК «Эколос» (г. Самара) генеральный директор Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства»

Защита состоится 30 марта 2012 г. в 1100 на заседании диссертационного совета ДМ 212.213.02 при ФГБОУ ВПО «Самарский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 443110, Самара, ул.

Молодогвардейская, 194, ауд.0407.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Самарский государственный архитектурно-строительный университет».

Автореферат разослан 28 февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета ДМ 212.213.канд. техн. наук А.А. Михасек

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В России фармацевтическая отрасль при поддержке правительства РФ быстро развивается. Строительство и реконструкция заводов по производству лекарственных препаратов движется ускоренными темпами, предприятия наращивают свои мощности и увеличивают ассортимент выпускаемой продукции, что влечёт за собой образование значительного количества различных отходов, в том числе жидких. Образующиеся сточные воды требуют определенных подходов для их обезвреживания и утилизации, отсюда становится актуальной задача применения эффективных методов их очистки. Существующие технологии, как правило, или не обеспечивают соответствующего уровня очистки или являются сложными и экономически нецелесообразными. Применение биомембранных технологий для очистки сточных вод предприятий химико-фармацевтической отрасли сможет повысить эффективность работы очистных сооружений, поскольку предлагаемая технология объединяет в себе преимущества биологических и баромембранных методов. В России технологии с применением биореактора с погружными керамическими мембранными модулями для очистки сточных вод фармацевтических производств еще не применялись.

Степень разработанности проблемы. Проблеме очистки сточных вод фармацевтических предприятий уделено недостаточно внимания в научных исследованиях российских ученых. Из имеющихся работ по этой тематике следует отметить труды Т.А. Карюхиной, В.Ф. Карпухина и других авторов.

Цель и задачи исследования. Целью работы являлось создание высокоэффективной технологии с применением мембранного биореактора для очистки сточных вод химико-фармацевтических производств. В соответствии с поставленной целью автором решались следующие задачи:

- проведение анализа существующих методов очистки сточных вод химико-фармацевтических предприятий;

- изучение процесса аэробного биохимического окисления загрязнений сточных вод фармацевтических производств;

- исследование влияния технологических параметров мембранного биореактора на работу погружных керамических мембранных модулей;

- создание эффективного режима работы мембранного биореактора для очистки сточных вод фармацевтических производств;

- разработка эффективной технологии с применением биореактора с погружными керамическими мембранными модулями для очистки сточных вод фармацевтических предприятий;

- выполнение технико-экономического сравнения существующей физикохимической очистки сточных вод завода ОАО «Нижфарм» и предлагаемой для него технологии с применением биореактора с погружными керамическими мембранными модулями.

Предмет и объект исследования. Объектом исследования в диссертационной работе являлась очистка сточных вод фармацевтических производств, технологические схемы и конструкции используемых сооружений, установок и аппаратов. Предметом исследования стала технология с применением биореактора с погружными керамическими мембранными модулями для очистки сточных вод фармацевтических производств.

Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования.

Методологической базой являлись: экспериментальные методы исследований в эксплуатационных условиях, статистический метод – при анализе полученных данных; анализ нормативно-технической документации. Теоретической базой являлись теоретические работы специалистов в области очистки сточных вод фармацевтических предприятий. Эмпирической базой исследования были наблюдения, описания, измерения параметров работы установок.

Научная новизна результатов работы заключается в следующем:

- на основании проведённых лабораторных и полупромышленных испытаний доказана высокая эффективность новой для нашей страны технологии очистки сточных вод фармацевтических производств с применением биореактора с погружными керамическими мембранными модулями;

- получена математическая модель влияния наиболее значимых параметров процесса очистки сточных вод фармацевтических производств в биореакторе на величину потока фильтрата для погружных керамических мембранных модулей.

- предложен расчёт продолжительности окисления загрязнений сточных вод фармацевтических производств в мембранном биореакторе.

- доказана эффективность регенерации керамических мембран обратной продувкой воздухом при их работе в иловой смеси и её превосходство над обратной промывкой фильтратом.

Теоретическая и практическая значимость работы. Разработана технология с применением биореактора с погружными керамическими мембранными модулями для очистки сточных вод фармацевтических производств. Расчет продолжительности окисления загрязнений данных стоков и расчет производительности мембранных модулей, могут быть использованы при проектировании, реконструкции и строительстве очистных сооружений химико-фармацевтических предприятий.

На основании проведённых исследований, разработаны рекомендации по реконструкции очистных сооружений завода ОАО «Нижфарм» с целью повышения эффективности очистки сточных вод и сокращения эксплуатационных затрат, которые будут реализованы в соответствии с планом развития предприятия.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности.

Диссертация соответствует пунктам 3 «Методы очистки природных и сточных вод, технологические схемы и конструкции используемых сооружений, установок, аппаратов и механизмов» и 8 «Гидравлические закономерности, определяющие эффективность работы водопроводных и канализационных сооружений и устройств, их отдельных элементов, систем водоподачи и водоотведения» паспорта научной специальности 05.23.04 – Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов.

Апробация и реализация результатов диссертации. Основные результаты доложены и обсуждены на 9-11–ом Международном научнопромышленном форуме «Великие реки» (г. Нижний Новгород, 2009-2011 г.), на международной IWA конференции «Regional Conference and Exhibition on Membrane Technology and Water Reuse» (Istanbul, Turkey, October 2010).

Диссертационная работа выполнялась в рамках бюджетной работы «Разработка теоретических основ создания высокоэффективных мембранных биореакторов для очистки сточных вод» № г/р 01201152854, финансируемой Министерством образования РФ (2010 г.), а также в рамках хоздоговорной работы «Исследование по доочистке производственных сточных вод ОАО "НИЖФАРМ" ультрафильтрацией» (2008-2009 гг.).

Публикации. Основные результаты исследования представлены в научных публикациях, включая 5 статей в издании рекомендованных ВАК, общим объемом 2,45 п.л., в т.ч. лично автором – 2,01 п.л.

Личный вклад соискателя заключается: в постановке цели и задач исследований, в разработке лабораторной и полупромышленной установки, в получении, обработке и интерпретации экспериментальных данных, в личном участии в апробации результатов исследования, в подготовке публикаций по выполненной работе и разработке рекомендаций по очистке сточных вод фармацевтических предприятий.

На защиту выносятся следующие основные положения:

- технология с применением мембранного биореактора для очистки сточных вод фармацевтических предприятий и её апробация в лабораторных и полупромышленных условиях с использованием реальных сточных вод фармацевтических производств;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований кинетики окисления сточных вод фармацевтических производств;

- результаты экспериментальных исследований и полученная на их основе математическая модель, адекватно описывающая работу погружных керамических мембранных модулей в биореакторе;

- результаты технико-экономического сравнения существующей технологии физико-химической очистки сточных вод завода ОАО «Нижфарм» и предлагаемой для него технологии с применением биореактора с погружными керамическими мембранными модулями.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, основных выводов, списка используемой литературы и приложения. Работа содержит 179 страниц основного текста, в том числе 33 таблицы, 76 рисунков и приложение. Список используемой литературы насчитывает 144 источника.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены цель и задачи исследований, их научная новизна и практическая значимость.

В первой главе проведён анализ существующих способов очистки сточных вод отечественных и зарубежных фармацевтических предприятий. Наиболее рациональным решением вопроса очистки образующихся сточных вод фармацевтических производств является применение сооружений биологической очистки. Мембранные биореакторы - современная и быстроразвивающаяся технология для очистки производственных стоков во всём мире, которая позволяет избежать наиболее острых проблем традиционной технологии аэробной биологической очистки. Применение фильтровальных модулей с керамическими мембранами - перспективное направление использования их в качестве погружных в мембранном биореакторе. Недостаточная изученность вопроса очистки фармацевтических сточных вод по технологиям с применением мембранного биореактора вызывает необходимость проведения экспериментальных исследований с реальными сточными водами.

Вторая глава содержит описание водного хозяйства завода ОАО «Нижфарм» (Stada CIS) - типичного представителя фармацевтической отрасли, сточные воды которого были использованы для исследований. Для обезвреживания производственных сточных вод предприятие использует технологию физико-химической очистки, представленную на рисунке 1.

Показатели качества очистки даны в таблице 1.

Рисунок 1 - Технологическая схема очистных сооружений завода «Нижфарм» Таблица 1 - Показатели качества очистки сточных вод на действующих очистных сооружениях фармацевтического завода «Нижфарм» Единицы в исходной в очищенной ПДК Показатель измерения воде * воде* (горколлектор) 66,9 - 4,1 27,6 - 1,Жиры мг/л 0,24,3 8,1767- 607 958- ХПК мгО/л 11049 519,4 - 0,3 8 - 0,CПАВ мг/л 0,5,8 2,41,2 - 1,3 15,8 0,Нефтепродукты мг/л 0,9,4 2,9,2 - 5,4 8,3 - 6,рН 6,5-8,6,9 7,*Примечание: В столбце со знаком * дроби показывают:

Максимальная величина - Минимальная величина Средняя величина На основе анализа литературных данных в качестве альтернативы существующей технологии предлагается использовать современную гибридную технологию на основе биологических и мембранных методов.

Принципиальная схема установки биореактора с погружными керамическими мембранными модулями для проведения исследований представлена на рисунке 2.

1-ёмкость избыточного ила; 2- ёмкость исходной воды; 3- реактор; 4- ёмкость фильтрата; 5-погружной мембранный модуль; 6- аэратор; 7- компрессор; 8- ротаметр; 9- насос откачки избыточного ила; 10- насос подачи исходной воды в МБР; 11- кислородомер; 12.1,2,3- датчики уровня; 13- насос с реверсом для откачки очищенной воды и промывки мембранного модуля;

14.1,2,3,4- электромагнитные клапаны; 15- датчик давления; 16- система распределения исходной воды; 17- расходомер; 18- обратные клапаны.

Рисунок 2 - Схема лабораторного мембранного биореактора Режим работы лабораторной установки мембранного биореактора представляет собой цикл, который можно увидеть на рисунке 3, включающий в себя семь основных технологических операций.

Рисунок 3 - Цикл работы мембранного биореактора для очистки сточных вод фармацевтических производств.

Третья глава описывает проведённые исследования по очистке сточных вод фармацевтического завода в биореакторе с погружными керамическими мембранными модулями. Лабораторная установка за весь период устойчивой работы имела следующие технологические параметры: доза ила 6 г/л, нагрузка на ил 170 мгХПК/г сут, объёмная нагрузка 1 кгХПК/м3 сут. В таблице отражены результаты её работы.

Таблица 2 - Результаты очистки сточной воды завода ОАО «Нижфарм» в лабораторном мембранном биореакторе по проблемным показателям Компоненты Исходная вода после МБР Эффективность,% ХПК, мг/л 1200 45 Нефтепродукты, мг/л 15 0,5 СПАВ, мг/л 4,8 0,28 Жиры, мг/л 25 2,7 В данной главе также приводятся результаты исследования по изучению кинетики процессов окисления сточных вод фармацевтических производств. В лабораторных условиях был проведен эксперимент по изучению изменения ХПК сточной воды во время её биохимического окисления в контактных условиях. Результаты представлены на рисунке 4.

2222111110 100 200 3Время, мин Рисунок 4 - Графическое отображение полученных результатов в эксперименте по изучению кинетики окислительных процессов Теоретические исследования показали, что основной теорией кинетики протекания реакций по биологическому окислению субстратов является кинетика ферментативных реакций. В 1913 г. Михаэлис и Ментен опубликовали свою теорию общего механизма ферментативных реакций:

E+SES E+P. Они ввели понятие максимальной скорости и показали, что кривая насыщения (т.е. зависимость скорости реакции от концентрации субстрата) является равнобочной гиперболой.

Vmax[S] 0 = (1) KS +[S] Это классическое уравнение Михаэлиса и Ментен стало фундаментальным принципом всех кинетических исследований ферментов в течение десятилетий.

Позднее было показано, что оригинальное уравнение Михаэлиса-Ментен предполагало наличие нескольких ограничений. Наиболее существенным стало неизменность концентрации субстрата в ходе реакции, т.е. концентрация ХПК, мгО / л свободного субстрата равна его начальной концентрации. В случае, когда концентрация субстрата меняется в ходе реакции, начальная скорость реакции определяется формулой:

0 = Vmax[St ] / (KM +[St ]), (2) где [St] – концентрация субстрата в момент времени t.

Так как для интервала времени t не ставится никаких ограничений, концентрация субстрата в момент анализа не может быть равной первоначально введённой его концентрации. Таким образом, также необходимо принимать во внимание изменение [S] в ходе реакции.

Пусть S0 – начальная концентрация субстрата, (S0-y) – концентрация в момент времени t. Тогда на основе исходного уравнения Михаэлиса-Ментен (если y- количество превращённого субстрата) мы можем написать:

Vmax (S0 - y) dy / dt = (3) KM + S0 - y Взяв обратные величины и разделив переменные, интегрируем по y в пределах от 0 до у (Vmax обозначена как V):

y Vt = (4) M [(K + S0 - y) / (S0 - y)]dy =y + KM ln[S0 / (S0 - y)] Преобразуем получившееся уравнение:

ln[S0 / (S0 - y)] V 1 y = - (5) t KM KM t Таким образом, построив график зависимости левой части уравнения от y/t (координаты Фостера-Ниманна), получим прямую линию с наклоном (-1/KM), отсекающую на оси ординат отрезок (V/KM), а на оси абсцисс – отрезок V.

Применим полученные закономерности к результатам наших наблюдений.

Пусть S0 – значение ХПК фильтрованной пробы с учётом разбавления в реакторе в момент времени 0 мин; y – разница между величинами ХПК взятой и нулевой проб с учётом разбавлений; S0-y – значение ХПК отобранной пробы в момент времени t.

Подставив найденные в эксперименте величины в формулу (5), построим график зависимости левой части уравнения (5) от y/t (рисунок 5). Добавим линию тренда методом наименьших квадратов и получим её уравнение.

Полученное уравнение прямой линии с большой точностью описывает зависимость левой части уравнения (5) от правой, о чём свидетельствует квадратичное отклонение R2= 0,9998. Для определения констант KM и V воспользуемся уравнением полученной прямой y=0,00404x+0,00051, где 0,00404 - это -1/K, т.е. К = -247,525, а 0,00051 - это V/К, отсюда V= -0,1262.

Построим на одной координатной плоскости зависимости ХПК от времени, полученные экспериментальным путём и теоретически высчитанные, представим это на рисунке 6.

30,0y = 0,00404x + 0,0000,02R2 = 0,9990,020,00,003 10,010,00 100 200 3Время, мин Экспериментальные данные -0,2 0,3 0,8 1,y/t Теоретические данные Рисунок 5 - Представление данных в Рисунок 6 - Графическое сравнение координатах Фостера-Ниманна экспериментальных и теоретических данных Общее уравнение для расчёта времени окисления сточных вод в мембранном биореакторе, работающему по вышеизложенной схеме, выглядит следующим образом:

KM ln[S0 / (S0 - y)] + y t =, мин (6) V а для фармацевтических сточных вод в данном аппарате:

-247,525ln[S0 / (S0 - y)] + y t =, мин (7) -0,12Полученное уравнение общего вида не отражает влияние на продолжительность окисления основного параметра биологической очистки - дозы активного ила в реакторе. Этот параметр в уравнении учтён в одной из ХПК, мгО / л ln(S /(S -y))/t констант уравнения. Для исследования влияния дозы ила на окисление загрязнений сточной воды был проведён следующий эксперимент. Одну и ту же сточную воду окисляли, поддерживая в аппарате различные дозы активного ила. Полученный массив экспериментальных данных представлен на рисунке 7.

222221110 50 100 150 200 2Время, мин 4,7 г/л 7,8 г/л 2,2 г/л Рисунок 7 - Графическое отображение экспериментальных данных в исследовании по нахождению влияния на процесс дозы активного ила Для каждого случая посчитаем константы для общего уравнения (6) по тому же принципу, что и для уравнения (7).

Полученное уравнение для дозы ила 2,2 г/л:

-282,087 ln[S0 / (S0 - y)]+ y t =, мин (8) -0,0Для дозы ила 4,7 г/л:

-283, 286ln[S0 / (S0 - y)] + y t =, мин (9) -0,0Для дозы ила 7,8 г/л:

-282,725ln[S0 / (S0 - y)] + y t =, мин (10) -0,1Число в знаменателе, увеличивается по модулю прямо пропорционально дозе активного ила в реакторе. Константа К в первом и втором эксперименте очень близка к значению S0 для фармацевтической сточной воды и мало зависит от изменения дозы ила.

ХПК, мгО / л Чтобы определить значение V, в каждой формуле знаменатель был разделен на рабочую дозу ила и взято среднее арифметическое от получившихся значений.

(-0,038 / 2, 2) + (-0,079 / 4,7) + (-0,143 / 7,8) V = = -0,01Уточнённая формула расчёта времени окисления для данного вида работы мембранного биореактора выглядит следующим образом:

KM ln[S0 / (S0 - y)] + y t =, мин (11) V ai Для сточных вод завода ОАО «Нижфарм», как показывают оба эксперимента, K очень близко к значению S0 и отличается на 1-2 %, поэтому для удобства расчётов предложено считать К по модулю, равным значению S0, т.к. кардинально повлиять на расчёт теоретического времени эта разница величин не может. Исходя из предложенных допущений, окончательная формула для расчёта продолжительности окисления данных сточных вод в мембранном биореакторе будет выглядеть следующим образом:

S0 ln[S0 / (S0 - y)]- y t = (12) 0,0175 ai Так же в этой главе приведены результаты исследования погружного керамического мембранного модуля производства компании Genos (Москва, Россия). Его технические характеристики представлены в таблице 3.

Основными технологическими характеристиками мембран являются величины селективности и проницаемости. Селективность мембран должна обеспечить удержание активного ила в мембранном биореакторе. Испытуемая мембрана имела среднее значение пористости в интервале оптимальных значений, найденных в исследованиях зарубежных и отечественных учёных.

Для технологических расчётов наибольший интерес представляет величина проницаемости (permeability). На рисунке 8 отображены результаты испытаний на дистиллированной воде мембран компании Genos.

1Таблица 3 - Технические характеристики мембраны Genos.

1Рабочий размер пор, мкм 0,07-0,1Селективность (бактерии), % Площадь фильтрации, м2 0,1Масса, кг 1,Температура, оС 151Рабочее ТМД, бар 0,10,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Цикл ТМД= 0,1 бар ТМД= 0,2 бар ТМД= 0,3 бар Рисунок 8 – Проницаемость мембран модуля Genos на дистиллированной воде.

Для эффективной регенерации пор и поверхности мембран автор предлагает использовать обратную продувку воздухом взамен традиционной обратной промывки фильтратом. В ходе экспериментов была произведена сравнительная оценка этих двух видов регенерации керамических мембран в работе с активным илом при варьировании трансмембранного давления.

Изменение величины проницаемости представлены на рисунках 9-80 70 50 0 20 40 60 80 100 120 140 10 20 40 60 80 100 120 140 1цикл цикл ТМД=0,1 бар ТМД=0,2 бар ТМД=0,3 бар ТМД=0,1 бар ТМД=0,2 бар ТМД=0,3 бар Рисунок 9 – Изменение проницаемости Рисунок 10 – Изменение проницаемости мембран при применении регенерации мембран при применении регенерации обратной продувкой обратной промывки фильтратом Анализ графиков показывает, что эффективность обратной продувки выше, чем у обратной промывки фильтратом. Нагляднее отражает происходящие процессы величина потока фильтрата (л/м2 ч). Графическое представление результатов с применением этой величины - на рисунках 11-12.

Проницаемость, л / м ч бар Проницаемость, л / м ч бар Проницаемость, л / м ч бар 20 15 10 5 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 0 20 40 60 80 100 120 140 1цикл цикл ТМД=0,1 бар ТМД=0,2 бар ТМД=0,3 бар ТМД=0,1 бар ТМД=0,2 бар ТМД=0,3 бар Рисунок 11 – Изменение величины потока Рисунок 12 – Изменение величины потока фильтрата мембран при применении фильтрата мембран при применении регенерации обратной продувкой регенерации обратной промывкой фильтратом При обратной продувке в среднем в два раза медленнее снижается величина потока фильтрата по сравнению с регенерацией обратной промывкой пермеатом. Причём, это не зависит от продолжительности продувки, что демонстрирует следующий эксперимент, результаты которого приведены на рисунке 13.

0 10 20 30 40 Цикл 30 мин 5 мин 1 мин Рисунок 13 – Влияние на величину потока фильтрата времени продувки Для очистки поверхности мембран, повышения величины потока фильтрата и снижения её падения от цикла к циклу во время фильтрования применяют дополнительную внешнюю продувку модуля воздухом. При использовании совместной регенерации автор составил математическую л / м ч л / м ч Величина потока фильтрата, Величина потока фильтрата, Величина потока фильтрата, л / м ч модель влияния на величину потока фильтрата наиболее значимых технологических параметров. Находилась зависимость величины потока фильтрата (F, л/м2ч) от трёх характеристик процесса мембранного фильтрования с погружными керамическими модулями в биореакторе: дозы ила в реакторе, (ai, г/л), трансмембранного давления, (TMД, бар), объёма фильтрата между регенерацией, (Vф, л). Получили три фактора (k), которые варьировали на трёх уровнях (p). Число опытов (N) составило N=pk=33=27.

Результаты эксперимента сведены в таблицу 4.

Таблица 4 – Массив данных, полученный после проведения полного факторного эксперимента X1 X2 X3 Y X1 X2 X3 Y X1 X2 X3 Y 0,2 11,3 0,2 11,6 0,2 12,0,1 0,4 11,1 0,1 0,4 11,4 0,1 0,4 11,0,8 10,8 0,8 11,0 0,8 11,0,2 22,45 0,2 23,8 0,2 25,9,4 0,2 0,4 21,96 4,9 0,2 0,4 23,5 2,5 0,2 0,4 25,0,8 20,90 0,8 22,6 0,8 24,0,2 25,6 0,2 34,4 0,2 40,0,3 0,4 24,7 0,3 0,4 33,5 0,3 0,4 39,0,8 22,4 0,8 31,9 0,8 38,Примечание:

X1 - Доза ила в реакторе, (ai, г/л);X2 - Трансмембранное давление, ( TMД, бар);X3 - Объём фильтрата между промывками, (Vф, л);Y - Величина потока фильтрата (F, л/м2ч).

Для анализа полученных в эксперименте данных была использована программа MSExcel 2007. Предположили, что уравнение регрессии будет представлено в виде полинома первой степени с рассмотрением всех взаимодействий между независимыми переменными:

Y= B0+B1·X1+B2·X2+B3·X3+B4·X1·X2+ B5·X1·X3+ B6·X2·X3+ B7·X1·X2·XПосле постепенного отсеивания незначимых факторов получили уравнение регрессии с коэффициентом детерминации R2=0,98:

Y= B0+B1·X1+B2·X2+B3·X1·X2 +B4·X1·X2·X3, Y=-4,96+1,15·X1+162,19·X2-9,42·X1·X2-1,96· X1·X2·X3, или с истинными переменными уравнение выглядит следующим образом:

F=-4,96+1,15·ai+162,19·ТМД-9,42·ai·ТМД-1,96·ai·ТМД·Vф После проведения лабораторных исследований, было принято решение о проверке полученных зависимостей в полупромышленных испытаниях на установке биореактора с керамическими мембранными модулями на очистных сооружениях завода ОАО «Нижфарм». Результаты испытаний можно видеть в таблице 5 и на графике 14.

Таблица 5 - Показатели качества сточной воды на выходе и выходе полупромышленной установки на заводе «Нижфарм».

Единицы в исходной в очищенной ПДК Показатель измерения воде * воде* (горколлектор) 42 - 10,4 1,94 - 0,Жиры мг/л 0,21,94 0,1803- 561 108- ХПК мгО/л 1885 9,1 - 4,2 0,42 - 0,CПАВ мг/л 0,7,3 0,21,7 - 5,1 0,47 - 0,Нефтепродукты мг/л 0,12,6 0,9,2 - 5,4 7,6 - 6,рН 6,5-8,6,9 7,*Примечание: В столбце со знаком * дроби показывают:

Максимальная величина - Минимальная величина Средняя величина 0 200 400 600 800 10цикл Рисунок 14 – Результаты работы погружного керамического мембранного модуля компании ItN Nanovation Поток фильтрата F, л / м ч В результате проведенных исследований для очистки сточных вод завода ОАО «Нижфарм» была предложена технология с применением биореактора с погружными керамическими мембранными модулями, представленная на рисунке 15.

Рисунок 15 – Предлагаемая технологическая схема очистки сточных вод завода «Нижфарм» с применением биореактора с погружными керамическими мембранными модулями В четвёртой главе представлены результаты сравнения двух инвестиционных проектов строительства очистных сооружений по индексу доходности (ИД):

вариант I (Рисунок 1), вариант II (Рисунок 15).

В таблице 6 результаты расчётов ИД инвестиционных проектов.

Таблица 6 – Результаты расчёта индексов доходности.

Индекс доходности Вариант I Вариант II 0,033 0,0Сравнение ИД вариантов показывает, что технология с применением биореактора с погружными керамическими мембранными модулями предпочтительнее действующей физико-химической очистки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. Впервые в нашей стране для очистки сточных вод фармацевтических производств предложена технология с применением биореактора с погружными керамическими мембранными модулями и доказана её эффективность результатами длительных лабораторных и полупромышленных испытаний.

2. Предложен режим работы мембранного биореактора который отличается гибкостью при нестационарных значениях количественных и качественных характеристик поступающих в аппарат сточных вод фармацевтических производств.

3. Получена математическая модель влияния наиболее значимых параметров процесса очистки сточных вод фармацевтических производств в биореакторе на величину потока фильтрата для погружных керамических мембранных модулей.

4. Предложено уравнение продолжительности окисления сточных вод фармацевтических производств в биореакторе с погружными керамическими мембранными модулями и подход для нахождения констант данного уравнения.

5. Экспериментально доказано, что способ регенерации погружных керамических мембранных модулей обратной продувкой воздухом, эффективнее (на 40-60%) чем регенерация обратной промывкой фильтратом 6. В результате проведенного технико-экономического сравнения доказано, что биореактор с погружными керамическими мембранными модулями имеет вдвое меньшие дисконтированные затраты чем существующая технология физико-химической очистки сточных вод ОАО «Нижфарм».

СПИСОК РАБОТ, В КОТОРЫХ ОПУБЛИКОВАНЫ ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ 1. Разработка технологии глубокой доочистки сточных вод фармзавода / Л. Н. Губанов, И. В. Катраева, М. Л. Гусаров, М. В. Колпаков // Приволжский научный журнал / Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. – Н. Новгород, 2009.

– № 4. – С. 148-152.

2. Губанов, Л. Н. Теоретические основы создания гибких систем водопользования промышленных предприятий / Л. Н. Губанов, И. В. Катраева, М. В. Колпаков // Приволжский научный журнал / Нижегор. гос. архитектур.строит. ун-т. – Н. Новгород, 2010. – № 2. – С. 144-147.

3. Исследование работы половолоконных мембран в качестве погружных модулей для мембранных биореакторов / И. В. Катраева, А. Б.

Майборода, М. В. Колпаков, Ю. С. Кузина // Приволжский научный журнал / Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. – Н. Новгород, 2011. – № 2. – С. 118123.

4. Очистка сточных вод птицефабрик с применением биомембранных технологий / Л. Н. Губанов, И. В. Катраева, М. В. Колпаков [и др.] // Приволжский научный журнал / Нижегор. гос. архитектур.-строит.ун-т. – Н.

Новгород, 2010. – № 4. – С. 194-201.

5. Керамические мембраны в качестве погружных модулей в мембранных биореакторах / Л. Н. Губанов, И. В. Катраева, К.-Х. Розенвинкель, М. В. Колпаков, [и др.] // Водоснабжение и санитарная техника. – 2011. – № 12.

– С. 44-49.

6. Treatment of pharmaceutical wastewater to the quality of process water / L.

N. Gubanov, I.V. Katraeva, M.V. Kolpakov, Y.S. Kuzina // IWA Regional Conference and Exibition on Membrane Technology&Water Reuse : тез. докл.

междунар. конф. – Istanbul, Turkey, 2010. – С. 1073-1077.

7. Катраева, И. В. Ресурсосберегающая технология водопользования фармзавода / И. В. Катраева, М. В. Колпаков, С. Ю. Колобихин // Великие реки' 2010 : тез. докл. междунар. конгр. / Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. – Н.

Новгород, 2010. – С. 176-178.

8. Высокоэффективная технология очистки сточных вод птицефабрики / Л. Н. Губанов, И. В. Катраева, М. В. Колпаков [и др.] // Великие реки' 2010 : тез.

докл. междунар. конгр. / Нижегор. гос. архитектур.-строит.ун-т. – Н. Новгород, 2010. – С. 173-176.

9. Колпаков, М. В. Создание ресурсосберегающих и экологически безопасных систем водопользования предприятий пищевой и фармацевтической промышленности / М. В. Колпаков, Ю. С. Кузина // Труды X Международного Симпозиума молодых учёных, аспирантов и студентов. – Москва, 2011. – С. 87-96.

10. Катраева, И. В. Использование баромембранных методов для очистки промышленных сточных вод / И. В. Катраева, М. В. Колпаков, О. А. Царев // Великие реки' 2009 : тез. докл. междунар. конгр / Нижегор. гос. архитектур.строит. ун-т. – Н. Новгород, 2009. – C. 683-685.




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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.