WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

 

На правах рукописи

Баженов Виктор Иванович

КОМПЛЕКСНАЯ РЕЦИРКУЛЯЦИОННАЯ МОДЕЛЬ БИОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ АЭРОБНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ

03.00.23 – биотехнология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Щелково  - 2008

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском и технологическом институте биологической промышленности РАСХН

и Московском институте коммунального хозяйства и строительства

Научный консультант:

Заслуженный деятель науки РФ,

доктор биологических наук, профессор

Денисов Аркадий Алексеевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук

Дадасян Артур Яшарович

доктор биологических наук, профессор

Логинов Олег Николаевич

доктор технических наук, профессор

Ксенофонтов Борис Семенович

Ведущая организация

ОАО «Российский научно-исследовательский и проектный институт агропромышленного комплекса» (Роснипиагропром)

Защита состоится 27 марта 2009 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук Д 006.069.01 в ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский и технологический институт биологической промышленности» РАСХН по адресу: 141142, Московская область, Щёлковский район, пос. Биокомбинат, ВНИТИБП. Тел/факс (495)526-43-74, E-mail: vnitib@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Всероссийского научно-исследовательского и технологического института биологической промышленности

Автореферат разослан … ………..2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат биологических наук Фролов Ю.Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ



Актуальность проблемы.

В  настоящее  время  важную  научно-техническую  проблему  представляет экологическая защита  природной среды  от  загрязнения  ее отходами промышленных производств и бытовыми стоками населенных пунктов. Попадание органических и минеральных загрязнений в водные и почвенные бассейны  происходит  при  сбросе  коммунальных и промышленных сточных  вод,  образующихся  при  реализации технологических  процессов производства и переработки продукции и в процессе жизнедеятельности людей.  Особенность сточных вод, сбрасываемых на очистные сооружения, состоит в том, что они в значительной степени загрязнены веществами органического и минерального происхождения, находящихся в дисперсной, коллоидной и растворенной формах. Сточные воды  содержат в своем составе широкий спектр органических углерод-, азот- и фосфорсодержащих загрязнений, требующих применения различных физико-химических и микробиологических способов изъятия их из сточных вод.

Эффективность очистки сточных вод от загрязнений в значительной степени зависит от организации гидравлических и массообменных процессов в аэрационном сооружении (аэротенке), являющемся основным функциональным звеном технологической схемы аэробной биологической очистки. Основными факторами, влияющими на выбор оптимальных режимов работы аэротенков, является гидродинамическая схема течения потоков и эффективность процесса насыщения жидкой среды кислородом воздуха, подаваемого системами аэрации.

На начальной стадии биологическую обработку сточной воды целесообразно производить путем ее интенсивной аэрации в емкостях смесительного типа. При этом имеет место высокая гомогенизация стоков и интенсивное насыщение кислородом микроорганизмов активного ила. В этих условиях одновременно протекают два процесса – биологическое окисление органических примесей и синтез новых бактериальных клеток.

На конечной стадии биологической очистки обработку сточной воды целесообразно  производить в вытеснительном режиме, который обеспечивает возможность реализации процессов избирательного лизиса микроорганизмов и снижения за счет этого прироста избыточной биомассы активного ила. Поэтому эффективный процесс биохимического окисления загрязнений должен предусматривать соответствующую организацию гидравлических и аэрационных режимов по всей длине коридоров аэротенка.

Немаловажное значение для работы аэротенка-вытеснителя имеет поддержание оптимальной концентрации работающей в аэротенке биомассы активного ила за счет его рециркуляции в составе водно-иловой смеси из выхода на вход аэротенка. Поэтому одним из перспективных путей совершенствования систем очистки является разработка технологии управления режимами работы аэротенков на основе использования аэрируемого продольного рецикла иловой смеси. Внутренняя рециркуляция водно-иловой смеси  в аэротенке-вытеснителе обеспечивает возможность парирования колебаний поступающей технологической нагрузки и оптимального управления режимами работы за счет перераспределения кислорода по длине аэротенка.

Правильный выбор эффективных  технологических схем карусельных аэротенков с продольным рециклом водно-иловой смеси и управляемым кислородным режимом очистки является одним из путей достижения высоких показателей аэробной биологической очистки и снижения избыточных биомасс активного ила.

Создание эффективной управляемой аэрационной системы очистки требует проведения большого объема научно-исследовательских и доводочных работ для получения оптимальных конструктивно-технологических решений и внедрения их в промышленных масштабах в системах очистки производственных и хозяйственно-бытовых стоков.

До настоящего времени недостаточно изучен механизм совместного растворения и потребления кислорода и его оптимальное распределение по длине аэротенка путем выбора режимов рециркуляции иловой смеси, конструктивных параметров аэротенка, технических характеристик и места расположения аэрационных узлов. Отсутствуют также подтвержденные модельными и промышленными испытаниями научно-обоснованные практические рекомендации по внедрению в промышленных масштабах аэротенков-вытеснителей с управляемым продольным рециклом иловой смеси.

  Существенный вклад в развитие технологии аэробной биологической очистки сточных вод внесли: М.Ф. Нагиев, А.Н. Плановский, В.В. Кафаров, С.И. Строганов, М.Н. Брагинский, М.И.Лапшин, И.С. Постников, С.В. Яковлев, Ю.В. Воронов, И.В. Скирдов, В.Н. Швецов В.Н., М.А. Евилевич, Б.Н. Репин, Р.Ш. Непаридзе, С.М. Шифрин, Е.В. Венецианов, Д.Г. Звягинцев, Ю.А. Феофанов, Т.А. Карюхина,  И.Н.Чурбанова, А.А. Денисов и другие.

Диссертационная работа выполнялась на полупромышленных установках и промышленных объектах, а также в отделе производственной санитарии и охраны окружающей среды ВНИТИБП РАСХН и кафедре Коммунального и промышленного водопользования МИКХиС.

Цель и задачи исследования.

Целью настоящей работы являлась разработка модели комплексного управления технологическими процессами очистки сточных вод в аэротенках карусельного типа с рециркуляцией иловой смеси.

При выполнении работы были поставлены следующие задачи.

- Анализ характера неравномерности поступления исходной технологической нагрузки на сооружения аэробной биологической очистки;

- Классификация технологических схем биохимических процессов аэробной биологической очистки по рециркуляционному принципу;

- Экспериментальные исследования процессов массопередачи кислорода и окислительной способности аэротенков с продольной рециркуляцией иловой смеси в стандартных условиях и на реальной сточной жидкости;

- Определение критерия оптимизации двухфазной физической модели аэротенка с продольной рециркуляцией иловой смеси по «карусельному» типу (для повышенных коэффициентов рециркуляции);

- Определение критерия оптимизации  рециркуляционных моделей биохимических процессов аэробной биологической очистки для пониженных коэффициентов рециркуляции;

- Разработка математической модели биохимической очистки на базе уравнения продольной диффузии для оценки распределения концентраций по длине аэротенков в нестационарных условиях поступления исходной технологической нагрузки;

- Разработка инженерно-технических мероприятий по вопросам проектирования аэротенков с продольной рециркуляцией иловой смеси, инженерное оформление типовых конструктивных решений;

-  Изучение особенностей процессов биохимической очистки для сточных вод свинокомплексов, поиск нетрадиционной и высокоэффективной системы аэрации для тяжелых условий эксплуатации; 

- Исследования  симультанных процессов нитрификации и денитрификации в аэротенках с продольной рециркуляцией иловой смеси;

- Экспериментальные исследования влияния горизонтального потока на процессы аэрации, а также производственные испытания аэротенков с управляемым кислородным режимом;

- Моделирование и разработка математической модели флокуляции активного ила на основе массовых балансов, изучение влияния перемешивания на процесс флокуляции активного ила, поиск критерия оценки для подбора перемешивающих устройств;

- Технико-экономическая оценка сравнительной эффективности аэротенков с рециркуляцией иловой смеси и его реализация для Российских условий.

Научная новизна

  • Определен критерий оптимизации технологической модели аэротенка с продольной рециркуляцией иловой смеси по «карусельному» принципу, характеризующий баланс энергий горизонтально ориентированных потоков и вертикально- восходящих двухфазных газо-жидкостных потоков от систем аэрации, а также рекомендована его величина. 
  • С учетом анализа неравномерности поступления исходной технологической нагрузки разработана, численно решена и экспериментально проверена математическая модель биохимической очистки на базе уравнения продольной диффузии в производных второго порядка для нестационарных условий, которая позволяет производить оценку распределения концентраций по длине сооружений аэробной биологической очистки;
  • Разработана концепция флокуляции активного ила при его перемешивании, позволяющая оптимально производить подбор устройств перемешивания;
  • Предложены и защищены патентами варианты инженерного оформления устройств для биологической очистки сточных вод,
  • Для российских условий использования предложен метод технико-экономической оценки на базе показателя - затраты жизненного цикла, позволяющий определять сравнительную эффективность технических решений с использованием многофакторного экономического анализа;

  Полученные результаты позволяют научно обосновывать конструктивно-технологические решения, принимаемые при проектировании новых и реконструкции действующих сооружений биологической очистки.

На защиту выносится рециркуляционная модель биохимических процессов, обеспечивающая высокую степень корреляции аналитических зависимостей  с данными экспериментальных исследований и надежность применения при проектировании промышленных очистных сооружений.

Практическая ценность.

Полученные результаты и выводы базируются на материалах теоретических, модельных и экспериментальных исследований и позволяют с высокой степенью достоверности рекомендовать их к практическому использованию в промышленных масштабах при создании новых и реконструкции действующих сооружений аэробной биологической очистки сточных вод коммунального и промышленного происхождения.

Разработанные рекомендации и предложения подтверждены материалами теоретических и экспериментальных работ, показавших высокую степень сходимости, что  обеспечивает возможность их надежного использования в производственных условиях с учетом особенностей конструктивно-технологических характеристик комплексов аэробной биологической очистки сточных вод.

Апробация работы.

На основании проведенных исследований разработаны методические рекомендации по оптимизации рециркуляционной модели биохимических процессов аэробной биологической очистки и методические рекомендации по инженерным вопросам проектирования сооружений аэробной биологической очистки сточных вод предприятий агропромышленного комплекса.

Результаты и материалы выполненной работы использованы ОАО «Союзводоканалпроект» г. Москва, ГУП «МосводоканалНИИпроект» г. Москва,  ГУП «ЛЕНГИПРОИНЖПРОЕКТ» г. Санкт-Петербург,  УЛМ "Мосводоканал", Люберецкая станция аэрации, г. Москва, ООО «Межрегиональная Группа Компаний «Регион-Агро-Продукт» г. Москва, ФГУП «Северо-Кавказский Гипрокоммунводоканал» г. Ростов-на-Дону, МУП «Горводоканал» г. Саров, Нижегородская обл. РФ, ООО «Инженерно-архитектурным центром» ДХО ЗАО ТАФ «Архпроект» СА РБ г. Уфа Республика Башкортостан, Гуп «Водоканал» г. Якутска,  СХПК АПК «Надеево» г. Москва, ОАО «Амурские коммунальные системы» г. Благовещенск, ОАО «Водоканал» г. Ишим, ОАО «Северский Водоканал» г. Северск Томской обл. РФ, ОАО «Сибгипрокоммунводоканал» г. Новосибирск, ГУП «Мосводоканал-НИИпроект» при проектировании очистных сооружений Московской городской онкологической больницы № 62, ООО Интститут «Гражданпроект» г. Кирова при проектно-конструкторской разработках очистных сооружений г. Кунгур Пермского края,  ОАО «Водоканал» г. Ишим,  Тюменской обл.

Материалы диссертационной работы  докладывались, обсуждались и были одобрены на регулярных Международных конгрессах "Вода: экология и технология" ЭКВАТЭК (2002, 2004, 2006, 2008) и конгрессе по управлению отходами и продоохранным технологиям ВэйстТэк- 2007; на Международной конференции, посвященной 110-й годовщине Московской канализации 2008 г. «Перспектива развития канализации в ХХI веке» ; на Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии для снижения воздействия ЦБП на окружающую среду» в г. Санкт- Петербурге 2008 г.; на 3-й Международной научно-практической конференции «Ресурсосбережение, экологически чистые технологии и сооружения городов, промышленных предприятий и рекреационных зон» в г. Иркутске 2008 г.

Публикация результатов исследований.

По теме диссертации опубликовано 103 научных работ.

Структура и объем диссертации

Работа состоит из введения, обзора литературы, материалов собственных исследований, обсуждения результатов, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена в 8 главах на 189 страницах машинописного текста, содержит 83 рисунков, 28 таблиц и 8 приложений. Библиография включает 332 наименования, из которых 108 на иностранных языках.

Автор выражает глубокую признательность коллективам лабораторий ВНИТИБП и Московского института коммунального хозяйства и строительства за большую помощь в организации экспериментальной  части работы и оформлении результатов научных исследований.

Содержание работы

Обзор литературы, посвященный анализу современного состояния проблемы по теме работы, приведен в главе 1.

В настоящее время проблемы обеспечения эффективной и надежной работы систем аэробной биологической очистки сточных вод населенных пунктов и предприятий промышленности и сельского хозяйства по-прежнему остаются в центре внимания научно-исследовательских и проектно-конструкторских организаций всех стран.

Научно-обоснованную технологическую оценку и подбор спосо­бов очистки сточных вод для конкретных условий водо­хозяйственных объектов следует производить на базе знаний о кинетике процессов очистки и гидроди­намике сооружений. Инженерное оформление современных про­цессов очистки сточных вод в аэротенках – это комплекс­ное техническое решение, включающее как кинетику, так и гидродинамику процессов биологической очистки.

  Одними из самых распространенных и трудно извле­каемых загрязнений городских и производственных стоков яв­ляются мелкодисперсные (коллоидные) и растворенные органичес­кие загрязнения. Физико-химические методы их извлечения и де­струкции такие, как адсорбция, реагентная обработка, исполь­зование окислителей, экстракция и др., пока еще слишком дороги и малоприменимы для больших расходов сточных вод. Поэтому са­мым результативным является биологический метод, т. к. биоло­гическая очистка обеспечивает деструкцию сложных органических загрязнений, осуществляемую безpeaгентным путем в обычных физико-химических условиях и при минимальных затратах энергии. Биологический метод экологически чист, т.к. углерод органических соединений в результате деструкции окисляет­ся до углекислоты и воды, азот - до нитритов и нитратов, а живые клетки аэробных бактерий не только безвредны, но часто полезны окружающей среде. Биологическая очистка сточных вод осуществляется в сооружениях с прикрепленной микрофлорой (биофильтры), со свободноплавающей микрофлорой (аэротенки) или со смешанной микрофлорой (аэротенки с насадкой, биотенки). Наиболь­шее распространение получили  аэрационные сооружения типа аэротенков благодаря своей универ­сальности и эффективности в работе.

Однако в последние годы специалисты приходят к выводу, что классические модифи­кации процесса очистки в аэротенках (аэротенки-смесители, аэ­ротенки-вытеснители, аэротенки с отдельной регенерацией ак­тивного ила, двухступенчатые аэротенки) хотя и позволяют в ря­де случаев решать практические задачи, но технические возможности их уже исчерпаны и необходимо их дальнейшее развитие по пути радикальных преобразований.

Традиционные коридорные аэротенки при всех их положительных качествах обладают рядом существенных недостатков: неравномер­ной по длине сооружения нагрузкой на активный ил, ухудшающей его технологические свойства; дефицитом растворенного кислоро­да в начальных наиболее нагруженных зонах сооружения, тормозя­щим процессы окисления загрязнений; избытком растворенного кислорода в конечных зонах, неоправданно увеличивающим его безвозвратные потери со сбрасываемой из очистных сооружений сточной водой. При проектировании аэротенков в настоящее время не учитываются количественные и качественные колебания притока, а в расчет принимаются лишь максимальные параметры исходной сточной воды. В то же время, например, максимальная БПК поступающих городских сточных вод больше минимальной в 1,5-3,0 раза, максимальный расход больше минимального в 1,6-2,2 раза, причем экстремальные значения концентраций загрязнений и рас­хода практически совпадают по времени. Жесткие условия эксплуатации при несовершенстве технологического режима приводят к системати­ческим нарушениям условий работы аэротенков. Попытки улучшить работу существующих сооружений путем изменения системы впуска сточных вод, увеличения расхода подаваемого воздуха, дополни­тельной установки аэраторов часто оказываются технически трудно ­выполнимыми и приводят к незначительным результатам.

Создание управляемого сооружения биологической очистки всегда предусматривает решение двух основных задач: создание собственно объекта управления и разработку системы управления, которая может быть частично или полностью автоматизированной. В данном случае объектом управления является аэротенк, т.е. его основные технологические элементы. Разработка аэротенка, конструкция и принципы действия которого позволяют оперативно и в достаточно широких пределах изменять гидродинамическую структуру потока, скорость растворения кислорода, рабочую концентрацию активного ила и другие параметры процесса очистки, является главной задачей специалистов научно-исследовательских и проектных организаций.

Управление технологическим процессом очистки в аэротен­ках должно преследовать как экологические, так и экономичес­кие цели: во-первых, обеспечивать заданную глубину или сте­пень биохимической очистки сточных вод по концентрации или количеству снимаемых загрязнений; во-вторых, свести к минимуму отклонения в качестве очищенной сточной воды, вызванные ко­лебаниями технологической нагрузки на входе в сооружения.

Совершенно очевидно, что актуальность проблемы техно­логического управления процессом в аэротенках возрастает по ме­ре повышения интенсивности их работы. Несмотря на необходимость оперативной информации о ключевых параметрах процесса, таких как расход сточных вод, состав и концентрация загрязнений, реологические свойства среды, интенсивность аэрации, концентрация растворенного кислорода и др., доминантной остается проблема выбора режима очистки и управления им.

В этой части высокие требования предъявляются к управлению режимами массопередачи кислорода в водно-иловую среду. Процессы аэрации сопровождаются перемешиванием жидкости, которое является обязательным условием повышения скорости процесса биохимического окисления загрязняющих веществ. Эти процесс (аэрация и перемешивание) обеспечивают: адсорбцию кислорода из воздуха и десорбцию газообразных продуктов метаболизма из жидкости, равномерное распределение активного ила в аэротенке, градиент концентрации кислорода между зоной, соприкасающейся с поверхностью микрофлоры и общей концентрацией в аэротенке, механическое турбулентное воздействие жидкой среды на клетки и хлопок активного ила, разрушающее конгломераты.

Важность выбора систем аэрации состоит еще и в том, что энергозатраты на аэрацию составляют 30-50% себестоимости биологической очистки. Управление процессом аэрации позволяет стабилизировать технологический режим очистки и добиться снижения затрат энергии на 10-30%.

Основными направлениями развития управляемых процессов биохимической очистки сточных вод, получившими распространение в настоящее время, являются:

- управление качеством поступающей среды - усреднение расхо­да сточных вод, усреднение концентрации загрязнений, раз­бавление очищенной водой;

- управление системой подачи поступающей среды - рассредото­ченный впуск сточной воды в аэротенк, рассредоточенный впуск активного ила в аэротенк, циклические (контактные) аэротенки;

- управление технологическим процессом очистки - управление гидродинамической структурой потока в аэротенке, управле­ние кислородным режимом в аэротенке, управление концент­рацией активного ила в аэротенке.

Анализ передового отечественного и зарубежного опыта пока­зывает, что из всех возможных путей создания технологически управля­емых процессов биохимической очистки реализована лишь меньшая их часть, известные же попытки управления работой аэротенков связа­ны с регулированием отдельных элементов технологического про­цесса и, как правило, отличаются неудовлетворительным инженер­ным оформлением. Поэтому представляется важным рассмотреть техно­логические и конструктивные вопросы разработки оптимальной схемы и стратегии технологичес­кого управления аэротенка управляемого профиля с внутренней рециркуляцией        иловой смеси.

В настоящее время некоторые положения теории рециркуляционных процессов уже используются в биологических процессах для повышения эффективности работы аэротенков, с помощью которых реализуется биохимический метод очистки сточных вод. Способ управления аэротенком посредством рециркуляции иловой смеси способен оперативно изменять гидродинамическую структуру потока и достигать высокой степени смешения-вытеснения. Сооружения подобного типа совмещают достоинства аэротенка-смесителя (его высокую производительность) и аэротенка-вытеснителя (способность обеспечивать высокую глубину очистки). Практическое применение теории рециркуляции позволяет решать весьма важные задачи для улучшения работы не только действующих, но и вновь строящихся очистных сооружений на основе новых технологических принципов.

В настоящее время в качестве перспективных рассматриваются:

- аэротенки с постоянным продольным рециклом иловой смеси;

- аэротенки с регулируемым продольным рециклом иловой смеси и управляемым кислородным режимом;

- аэротенки с регулируемым продольным рециклом иловой смеси, управляемым кислородным режимом и концентрацией активного ила.

Современные принципы и схемы допускают поочередное пребывание очищаемых сточных вод не только в аэробных зонах, где осуществляются массоперенос кислорода из искусственно вводимого в аэротенки воздуха, но и в зонах аноксидных и анаэробных. Аноксидные и анаэробные зоны оборудуются без устройства в них аэраторов различного типа, т.е. воздух в иловую смесь не вводится, кислород не растворяется. Различие между этими зонами в том, что условия анаэробных зон – жесткие бескислородные, а в аноксидных -  кислород присутствует в виде нитритов и нитратов (NO2, NO3).

Технологические схемы аэротенков с продольной рециркуляцией иловой смеси предусматривают наличие технологических связей, обеспечивающих симультанное протекание процессов биоочистки от органических и биогенных загрязнений и других элементов. Такими технологическими связями являются мощные гидравлические рециркуляционные потоки иловой смеси или возвратного ила на различных стадиях процесса.

Таким образом, наиболее актуальным в современных условиях представляет разработка технологических моделей продольной рециркуляции иловых смесей, обеспечивающих максимальную эффективность аэробной биологической очистки сточных вод.

В главе 2 приведено описание объектов исследования, применяемых материалов, методов исследований и способов обработки их результатов.

При проведении работы испытаниям подвергались следующие технологические схемы аэротенков с продольным рециклом иловой среды:





- схемы рециркуляционных узлов аэротенков с постоянным продольным рециклом иловой среды;

- схема гибкого регулирования кислородного режима в аэротенках с регулируемым продольным рециклом иловой среды;

- схемы аэротенков управляемого профиля с различными системами аэрации периодического действия.

При испытаниях производился контроль физико-химических и биохимических параметров исходной сточной воды, иловой суспензии и осветленной сточной воды, а также микробиологические исследования составов биоценозов активного ила и сопутствующей ему микрофлоры и процессов формирования флоккул из нитчатых и зооглейных бактерий на электронном и оптическом микроскопах. Результаты испытаний представлялись в виде эмпирических зависимостей между основными параметрами, характеризующими процессы очистки дисперсных систем. На основе анализа уравнений баланса материальных потоков  были получены аналитические зависимости, позволяющие прогнозировать основные характеристики и закономерности протекания исследуемых процессов.

Результаты проведенных расчетно-экспериментальных исследований использовались для достижения поставленной цели – разработки модели комплексной оптимизации технологических процессов аэробной биологической очистки сточных вод.

Идентификация культур бактерий, выделяемых из проб сточных вод и активного ила проводили с использованием Краткого определителя бактерий Берги (под ред. Дж. Хоулта, М., Мир, 1980); «Инструкции по лабораторному контролю очистных сооружений на животноводческих комплексах» М., Колос, 1982.

Анализ проб воды осуществлялся по методикам, описанным в изданиях: Лурье Ю.Ю. «Аналитическая химия промышленных сточных вод», М., Химия, 1984; «Методика проведения технологического контроля работы очистных сооружений городской канализации» под ред. О.Т. Болотина, 1971; «Правил охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами», Москва, 1974;  «Методические рекомендации по определению общего органического углерода в очищенных сточных водах с помощью газовой хроматографии», М., АКХ, 1977.

Использование современной компьютерной программы CFD и  методов научных исследований  позволило  определить влияние на технологические процессы различного рода внутренних и внешних воздействий  и оценить эффективность предлагаемых технологических и конструктивных решений.

Глава 3 посвящена исследованию процессов биологической очистки в аэротенках с продольной рециркуляцией иловой смеси.

Натурным исследованиям аэротенков управляемого профиля предшествовали теоретические исследования аэротенков-вытеснителей, а также аэротенков с управляемым рециклом биомассы.

Результаты натурных испытаний аэротенков управляемого профиля на реальных сточных водах приведены на рис. 1.

Испытания проводились в три стадии при различных количествах действующих секций аэротенков, что позволяло изменять время аэрации от 6 до  2  ч.  В  течение  каждой  стадии  эксперимент  разделялся  на  три этапа, отличающихся количеством работающих рециркуляционных колонн и расходом продольного рецикла иловой среды. Перед началом каждой стадии эксперимента проводились испытания аэротенков с отключеннымм рециркуляционными колоннами, т.е. имел место контрольный режим работы. Помимо регулярно проводимого полного анализа исходной и очищенной сточной воды изучались кислородный режим, динамика дегидрогеназной активности ила и аминокислотного обмена в аэротенках.

На первой стадии эксперимента сточная вода подавалась во все три секции аэротенка равномерно, что соответствовало среднему времени аэрации 6-12ч. И на контрольном, и на опытном аэротенках происходила полная биологическая очистка, наблюдалось снижение аммонийного азота, процессы нитрификации развивались интенсивно. При увеличении KR от 1,5 до 7,5 за счет продольного рецикла иловой среды эффект очистки по ХПК возрастал с 83 до 89 %, а по БПКполн - с 89 до 92%. Наиболее заметно было увеличение окислительного эффекта при возрастании KR от 1,5 до 3,5.

На второй стадии эксперимента сточная вода подавалась в две секции аэротенка равномерно, что соответствовало среднему времени аэрации 3,9 ч. И на контрольном, и на опытном аэротенкaх процессы биологической очистки протекали стабильно. В данных условиях влияние продольного рецикла иловой среды было выражено более заметно: при увеличении KR до 6,5 эффект очистки по ХПК возрастал с 76 до 87%, а по БПКполн - с 81 до 89%. Интервал наибольшего влияния продольного рецикла иловой среды, как и на первой стадии, соответствовал 1,5 KR 3,5.

Третья стадия эксперимента, когда сточная вода всей станции подавалась в одну секцию, соответствовала среднему времени аэрации 2,1 ч. Экстремальные нагрузки на активный ил, позволявшие проводить эксперимент в жестких условиях, представляли особый интерес для изучения. Работа аэротенка в контрольном режиме была нестабильной: снижался  эффект  очистки  по  ХПК  и  БПК,  ухудшилась его способность к осаждению, периодически возникал массовый вынос ила из вторичных отстойников. Опытный аэротенк работал стабильно, заметно превосходя контрольный по всем показателям в течение длительных испытаний. Показатели эффективности работы аэротенка управляемого профиля, полученные при проведении испытаний приведены в табл. 1.

При увеличении KR от 1 до 5,5 эффект очистки по ХПК и БПКnолн возрастал с 68-70 до 86%, причем оптимум значений KR лежал примерно в тех же пределах. Удельный расход воздуха и в контрольном, и в опытном аэротенках составил 9,2 м3/м3. Распределение воздуха в опытных сериях между аэрацией и рециклом изменялось в пределах 8,1-6,1 и 1,1-3,1 м3/м3 соответственно. Таким образом, значительный прирост скорости окислении загрязнений в аэротенке в продольном рецикле иловой среды был достигнут при более эффективном распределении воздуха, но без увеличения его общего количества.

Испытания аэротенков в условиях регулируемого продольного рецикла иловой среды проводились с целью определения продолжительности переходных состояний гидродинамической структуры потока, кислородного режима, концентрации активного ила. Установлено, что время перехода аэротенка из одного рабочего состояния в другое находится в пределах 0,5-1 ч в зависимости от расхода продольного рецикла иловой среды.

Таблица 1

Показатели эффективности работы аэротенка управляемого профиля

Наименование показателя

Расход продольного рецикла иловой среды, м3/ч

0

330

660

990

Исходная вода

Очищенная вода

Исходная вода

Очищенная вода

Исходная вода

Очищенная вода

Исходная вода

Очищенная вода

Бихроматная окисляемость (ХПК), мг/л

264

164 /74

243

128/46

298

92/49

281

59/40

БПКполн., мг/л

17

107 /48

144

60/27

140

4/21

157

31/22

Взвешенные вещества, мг/л

118

42

143

27

115

22

136

21

Азот

аммонийный, мг/л

32

18

45

13

33

8

39

10

Нитриты, мг/л

0

0

0,6

0,8

0

1,2

0,5

0,85

Нитраты, мг/л

0

0

0

0

0

0

0

0,2

Концентрация активного ила, г/л

1,3

1,5

1,5

1,5

Иловый индекс, см3/г

220

180

140

120

Период аэрации, ч

1,9

2,3

2,1

2

Удельная скорость окисления, мг/(г.ч)

Режим очистки нестабилен

Стабильная работа

Установлено, что гидравлические и массообменные характеристики рециркуляционной колонны имеют важное значение для энергетической оценки аэротенков данного типа. Эксперименты показали, что эффективность аэрации 1,5 кгО2/(кВт.ч), достигнутая на иловой среде при использовании среднепузырчатых диспергаторов, близка к лучшим показателям аэраторов эрлифтного типа. При использовании в колонне мелкопузырчатых диспергаторов значение эффективности аэрации по сравнению со среднепузырчатыми диспергаторами возрастает в 1,3 - 1,5 раза. Это дает возможность использовать рециркуляционную колонну дли создания продольного режима иловой среды в аэротенке без снижения эффекта работы системы аэрации в цепом. В результате проведенных исследований разработаны различные конструктивные варианты колонн прямоточного и прямоточно-противоточного типов, которыми целесообразно оснащать аэротенки с продольным рециклом иловой среды ряда технологических модификаций.

Экспериментальные исследования окислительной способности гидравлической модели аэротенка управляемого профиля в стандартных условиях обеспечили получение зависимостей основных технологических характеристик рециркуляционного узла (окислительной и гидравлической) от его конструктивных параметров (размеров узлов с мелко- и кpynнопузырчатыми диспергаторами) и способа подачи кислородосодержащей смеси переменного состава, а также определение эффективности совместной работы базисной и управляемой систем аэрации. Установлено, что совместное использование рециркуляционного узла (управляемой аэрации) и базисной (постоянно действующей) повышает окислительную способность системы в среднем на 10%. При этом степень совместного влияния растет с ростом рециркуляционных расходов за счет улучшения условий газожидкостного контакта.

Использование «карусельного» принципа в практике проектирования и строительства требует рассмотрения процессов кинетического характера (аэрации, удаления растворенной органики, нитрификации, денитрификации) непременно в условиях влияния гидродинамических характеристик сооружений. Мощность аэрационных систем и условия их использования являются серьезным препятствием силе продольной рециркуляции, поскольку формируют вертикально ориентированные потоки энергии. В этих условиях оптимальные скорости горизонтальных потоков следует выбирать с учетом критерия Фруда (0,2-0,3), отражающего зависимость между энергией горизонтального потока и энергией водо-воздушной аэрационной смеси. Энергия горизонтальных потоков «карусельных» аэротенков должна быть достаточно мощна, чтобы превысить энергию локальной аэрационной преграды на плети действующей системы аэрации. А с другой стороны, эту энергию следует ограничить в рамках оптимума, поскольку неоправданное увеличении энергии горизонтального потока приводит к излишним энергозатратам и количеству установленного оборудования.

Совместное использование горизонтальных продольных рециркуляторов (мешалок погружного типа, генерирующих горизонтальные циркуляционные потоки) и аэрационных систем увеличивает массоперенос кислорода. Горизонтальные потоки отклоняют восходящие воздушные пузырьки от вертикальной направляющей, заставляют их колебаться по длине аэротенка при любой конфигурации процесса, что требует  оптимизации раскладки системы аэрации. В расчет закладываются распределение воздуха по длине аэротенка, коэффициент качества воды, глубина сооружения и другие параметры. При этом моделируется концентрация кислорода по длине сооружения, соответствующая принятой раскладке аэраторов и характеристикам объекта.

Технологический подбор оборудования для продольной рециркуляции производится по требуемой силе давления F на поперечное сечение коридора «карусельного» аэротенка.

Изучение механизма двухфазного потока аэротенка с продольной рециркуляцией иловой смеси по «карусельному» типу показало, что увеличение скоростей горизонтального потока U (рис. 2) происходит при одновременном росте сил сопротивления стационарных препятствий (F~k0, график 1), что соответствует законам гидравлики (параболическое возрастание функции.

Рис. 2.  Составляющие сил сопротивления потоку F (Ньютон) в аэротенках с продленной рециркуляцией иловой смеси «карусельного» типа от скорости горизонтального потока U (м/с):

1 - F~k0 все стационарные сопротивления;

2 - F~kair от аэрационных преград;

3 - F~k  общая результирующая сил сопротивления потоку.

Зоны «П» и «Г» - параболическое возрастание и гиперболическое

убывание функций.

В присутствии водо-воздушных препятствий силы сопротивления ведут себя несколько иначе ( F~kair , график 2). В начальный момент времени каждое незначительное увеличение скорости горизонтального потока U влечет за собой резкое увеличение сопротивления (по крутой параболе - начальная зона «П»). По достижении некоторой предельно-максимальной величины сопротивления Fmax (критической скорости)  энергии разнонаправленных сил: горизонтальной (от мешалки) и вертикальной (от системы аэрации) сравниваются. Дальнейший рост горизонтальных скоростей U сопровождается существенным снижением сил сопротивления аэрационной преграды, причем, чем выше скорость, тем ниже сопротивление F~kair. График 3 представляет собой  F~k , результирующую составляющую, полученную путем сложения графиков 1 и 2. Физический смысл F~k очевиден - это математическая сумма всех сопротивлений аэротенка с продольной рециркуляцией иловой смеси по «карусельному» типу. Подбор мешалок для работоспособных систем продольного перемешивания предполагает подбор по принципу F Fmax. Для снижения величины Fmax целесообразно изменять плотность раскладки аэраторов, понижая интенсивность аэрации плетей и увеличивая ее зону.

Физический  механизм  двухфазного  потока  современного аэротенка с продольной рециркуляцией иловой смеси по «карусельному» типу выражает зависимость между двумя потоками энергии, что есть число Фруда Fr.  Первая энергия вызвана скоростью горизонтального потока, создаваемой  мешалками  в  «карусельной»  зоне,  вторая  -  создана вертикальной скоростью:

  (1)

где:

Var =Q 10,3/(S +10,3)/A = I10,3/(S + 10,3)

U - средняя скорость объемного потока (м/с),

g - ускорение силы тяжести = 9,81 м/с,

S - погружение аэраторов (м),

Vair - приведенная скорость расхода воздуха в зоне  аэрационной плети (м/с),

Q - расход воздуха (м/с),

А - площадь раскладки плети аэраторов, но не площадь их поверхности (м) ,

I - интенсивность аэрации, м3/м2/час.

Полученный критерий (число Фруда) характеризует условия формирования горизонтальных потоков мешалками при наличии вертикально восходящих водо-воздушных потоков систем аэрации с зонной раскладкой плетей (рис. 3).

Глава 4 посвящена рассмотрению  инженерных вопросов проектирования аэротенков с продольной аэрацией иловой смеси.

Структурный анализ и сравнительная оценка существующих технологических схем показывает, что все они содержат внутренние рециркуляционные контуры. При этом диапазон реализуемых коэффициентов рециркуляции KR=(Q+QR)/Q определяет разницу между разрабатываемыми рециркуляционными схемами (KR= 1, 5–5).

При проведении исследований разработаны принципы размещения мешалок и аэраторов, а также организации гидродинамики в аэротенках, базирующихся на коридорной компоновке (рис. 4,  5).

Рис. 4. Зона действия мешалки (схема в плане), размещенной в сжатых условиях коридорного резервуара.

Рис. 5. Примеры расстановки погружных мешалок (А, В – редукторного типа; С – безредукторного типа) в зонах денитрификации, сконструированных в соответствии с принципами:  А – продольной рециркуляции иловой смеси по «карусельному» типу; В, С – коридорной раскладки резервуара.

Дальность «боя» мешалки, ограниченной размерами коридора, лимитируется величиной L ~ 2,5 (B - D), где B – либо ширина коридора, либо его глубина (большая из них величина), D – диаметр пропеллера мешалки. При этом направление оси мешалки по отношению к стенке резервуара должно позиционироваться с образованием некоторого угла , не препятствуя раскрытию основного потока. При достижении дальности «боя», равной величине L, угол раскрытия основного потока ограничивается размерами коридорного резервуара (B или H). Перемешивание для длин участков более, чем L, невозможно, поскольку возвратные потоки самоориентируются в обратную сторону к области низкого давления – всаса пропеллера. Таким образом интенсивным перемешиванием охватываются все зоны резервуара. Увеличить зону действия мешалки, повысив ее мощность в 2, 3, 4, … и т.д. раз, с сохранением угла невозможно. Увеличение ее мощности приведет к необоснованной интенсификации перемешивания в границах той же зоны L. Застойная зона останется на своем месте, требуя размещения в ней следующей единицы оборудования.

Подбор перемешивающего оборудования для сравнения эффективности систем карусельного и коридорного типов приведен в табл. 2.

Таблица 2

Подбор перемешивающего оборудования для сравнения эффективности систем карусельного и коридорного типов

Характеристики

Системы

А

В

С

Количество мешалок, шт

1

20

16

Тип мешалки: Р- редукторная, Б- безредукторная

Р

Р

Б

Скорость вращения, об/мин

35

27

705

Диаметр пропеллера, м

2,5

1,4

0,37

Производимая тяга, Н

2 728

455

744

Потребляемая мощность, кВт

3,11

0,79

2,61

Общая тяга, Н

2 728

9 100

11 904

Общая мощность, кВт

3,11

15,8

41,76

Приведенное к 1 м3 энергопотребление, Вт/м3

0,38

1,92

5,09

Энергозатратность систем по отношению к системе А,

---

405

1239

Данные, приведенные в табл. 2 , показывают неоспоримые преимущества устройства денитрификатора по варианту А «карусельного» типа:

  • с точки зрения энергозатрат выигрыш составляет 405% по отношению к варианту В и 1239% по отношению к варианту С;
  • инженерный расчёт требуемой тяги по варианту А минимизирован в 3,1 раза (по отношению к В) и в 3,9 раза (по отношению к С);
  • общее количество установленного оборудования снижено в 20 и 16 раз (по отношению к вариантам В и С).

Рассмотренный пример свидетельствует о том, что при проектировании задача не ограничивается областью расчетов кинетики процессов очистки. Учёт гидродинамической составляющей структуры потока является чрезвычайно важным аспектом технологической разработки проекта строительства и реконструкции очистных сооружений.

Гидродинамическая структура потока аэротенка, спроектированного по принципу продольной рециркуляции иловой смеси с зонной пневматической аэрацией сочетает разделение функциональных обязанностей оборудования: ввод кислорода осуществляется аэраторами, перемешивание – мешалками. Данное техническое решение экономит энергозатраты на аэрацию иловой смеси, которые являются самой затратной статьей расходов на городских очистных сооружениях.

Экономия энергозатрат обеспечивается за счет:

- зонной раскладки аэрационной системы во всю ширину коридора аэротенка,

-  увеличения  эффекта  массопереноса  при  воздействии  энергии горизонтального потока на зонную раскладку плети аэраторов.

Современная инженерная раскладка аэраторов вызвана требованием повышения эффективности растворения кислорода воздуха и КПД аэрации, причем рекомендуемая раскладка выполняется позонно в виде плетей и равномерно по ширине коридора. В аэротенках с расположением аэраторов вдоль одной из стен коридора пузырьки вводятся в струю воды, скорость, которой в 2- 3 раза выше скорости их движения. Вследствие этого, время воздушного контакта уменьшается до 1/3 – 1/4 ожидаемой величины и в аэротенке глубиной 3 м составляет только 3-4 с вместо 10-12 с при соответственном снижении эффекта массопередачи (рис. 6).

Рис. 6. Элементы компьютерного анализа (CFD) аэротенка с продольной рециркуляцией иловой смеси «карусельного» типа:

а) Работа системы аэрации при остановленной мешалке;

б) Совместная работа системы аэрации и мешалки с величиной тяги 300 Ньютонов;

в) то же самое с величиной тяги 600 Ньютонов.

За счет увеличения времени контакта с газовой фазой и уменьшения доли массового продольного перемешивания воздухом удельный расход воздуха в случае 100%-ной раскладки аэраторов по днищу снижается на 72%.

Таким образом, раскладка современных систем аэрации в условиях продольной рециркуляции иловой смеси являются важным энергосберегающим технологическим решением.

В главе 5 приведены результаты исследования процессов перемешивания и аэрации водно-иловой смеси в аэротенке с продольной аэрацией.

Разработан метод определения производительности перемешивающего устройства (с учетом потерь в придонных областях). Гидравлические потоки должны обеспечить поддержания активного ила во взвешенном состоянии за счет придонного сдвига иловых масс и смыва придонных отложений. В настоящее время отсутствуют методики определения уровня сдвига, требуемого для поддержания и восстановления взвешенного состояния иловых масс. Для большинства процессов используются эмпирические данные с целью установления потребного уровня сдвига. Фактически же уровень сдвига не устанавливается вовсе, а  вместо него задается требуемая скорость потока у днища сооружения, обычно принимаемая равной 0,3 м/с. Указанное значение скорости потока соответствует определенному значению сдвига в придонной части. Однако, это соотношение изменяется с учетом реальных размеров и конфигурации. В результате проведенных расчетов установлено, что в условиях турбулентного потока сдвиг пропорционален квадрату скорости, умноженному на квадрат комплекса Sh = (1/[2log(k/4R)+1,14]), где k -шероховатость дна, R - гидравлический радиус (критерий размера) сооружения.

Форма емкостного сооружения также является важным фактором, поскольку она влияет на формирование и интенсивность турбулентности в системе. Турбулентные потоки в замкнутом контуре формируются мешалками, поворотами и другими препятствиями, создающими гидравлические потери на пути циркулирующего потока. Более высокая степень турбулентности означает большую вязкость, а значит и больший потребный сдвиг при той же скорости.

Другим важным фактором является расположение выходного слива из сооружения. Если оно расположено слишком высоко, то тяжелые частицы, которые с трудом удерживаются во взвешенном состоянии, останутся в аэротенке. Их концентрация будет расти, и это со временем приведет к уменьшению активной массы ила и, возможно, к отложению осадка. С этой точки зрения приоритетным является низкое расположение выпускного отверстия, в противном случае потребуется создание более высоких скоростей или сдвиговых напряжений.

Однако сама по себе скорость не является гарантией отсутствия осаждения. Проблема сводится к вычислению мощности мешалки для поддержания средней требуемой скорости в системе.

  Выбор конструктивных критериев и расчет требуемой мощности смесителя в аэротенке является сложной задачей. Суммарные гидравлические потери на преодоление местных сопротивлений в системе с придонным расположением аэраторов и мешалок существенно отличаются от их значений для потоков в свободных для прохода сооружениях. Поэтому для достижения высокой эффективности процессов в аэротенке необходим корректный расчет производительности перемешивающих устройств с учетом реальных гидравлических сопротивлений тракта движения водно-иловой смеси по аэротенку. Расчеты показывают, что выбор научно-обоснованного конструктивного решения может сэкономить до 50% капиталовложений и текущих издержек на эксплуатацию сооружений аэробной биологической очистки.

  Основными задачами перемешивания водно-иловой смеси являются: обеспечение максимального контакта между активным илом и жидкостью в максимально возможном объеме аэротенка в течение времени, необходимого для биохимического окисления загрязнений и исключение процессов осаждения иловой массы на днище аэротенка.

Высокие скорости потоков предотвращают заиливание аэротенков и являются показателем хороших условий перемешивания. Для станций очистки, включающих этап предварительной механической обработки (отстойник, осветлитель), рекомендуемая средняя скорость составляет 0,25 м/с, в то время как для очистных станций, имеющих лишь песколовку перед этапом биологической очистки, это значение составляет 0,3 м/с.

Интенсивность перемешивания с точки зрения биологической очистки не требует ограничения, но надо иметь в виду, что более высокая мощность перемешивающих устройств обычно означает более высокие издержки на электроэнергию.

В настоящее время способы способов биологического удаления азотсодержащих загрязнений включают, как правило, процессы нитрификации и денитрификации (NH3 NO2 N2). Поэтому важным моментом является исследование влияния перемешивания на процессы денитрификации.

Качество денитрификации зависит от целого ряда факторов:

-        присутствия в активном иле денитрифицирующих бактерий (в
основном это те же бактерии, что и бактерии, отвечающие за
нитрификацию);

-        продолжительности очистки, достаточной для потребления
кислорода, содержащегося в нитратах;

-        условий, необходимых для жизнедеятельности денитрифицирующих
бактерий (отсутствие свободного кислорода, надлежащая температура,
доступный углерод и нетоксичные условия);

-        хороший контакт между бактериями и сточной водой и
предотвращение наслоения и образования осадка.

Гидравлические и механические условия, создаваемые перемешивающим оборудованием, физически воздействуют на состояние денитрифициующих бактерий. Эксперименты показывают, что степень механического воздействия на микроколоннии бактерий зависят от их размеров. Установлено, что нитчатые бактерии подергаются гораздо большему воздействию, чем более мелкие микроорганизмы. Высокие напряжения сдвига оказывают разрушающее воздействие на бактерии этого вида, что является в какой-то степени положительным, поскольку нитчатые в большом количестве препятствуют осаждению ила в отстойниках.

Полученные материалы свидетельствуют о влиянии перемешивания на характеристики денитрификационных процессов. С одной стороны, перемешивание улучшает контактирование микроорганизмов с азотсодержащими стоками и стимулирует потребление свободного кислорода. С другой стороны, чрезмерное перемешивание может увеличить поглощение кислорода с поверхности, а значит - ухудшить качество анаэробного процесса. Если первоначальное перемешивание окажется недостаточным, денитрификация начнется позже, и время на протекание этого процесса уменьшится. Перемешивания влияет на контакт между бактериями и культуральной средой - оно должно обеспечить максимально возможное увеличение скорости процесса и  равномерное распределение ила по всему объему жидкости. Перемешивание должно предотвратить образование мертвых, стоячих областей, а иногда – и пенного слоя, возникающего в результате флотации придонного ила.

В настоящее время можно установить только два конструктивных критерия перемешивания в анаэробных зонах: достаточный смыв со дна для предотвращения образования осадка и время перемешивания, приближающееся к теоретическому времени очистки значению (V/Q). Испытания, проведенные на моделях, показали, что минимальная скорость должна составлять около 0,15 м/с для размывания осажденного ила. Но обычно в реальных аэротенках наиболее тяжелые компоненты скапливаются во время работы на дне, и требуется более высокая скорость для их размыва. Основным техническим требованием к времени перемешивания является требование обеспечения надлежащего использования объема анаэробной зоны. По результатам работы рекомендуется использовать следующие конструктивные критерии: время перемешивания в первой зоне для смешения различных входных потоков должно быть намного больше теоретического времени очистки (V/Q); перемешивание в последующих анаэробных зонах должно проходить немного дольше теоретического времени очистки. В случае одной анаэробной зоны потоки должны смешиваться как можно раньше, а время перемешивания должно приближаться к теоретическому значению.

Горизонтальный поток в аэротенке с применением продольного рецикла обеспечивает реализацию основного эффекта - он увеличивает время всплытия воздушных пузырей за счет снижения скорости вертикального подъема пузырьков. Оптимальное время всплытия пузырей может быть достигнуто, если диффузор покрывает все дно резервуара и формируются маленькие пузыри, которые равномерно рассеиваются по всему объему резервуара. В работе раскрыт механизм насыщения водно-иловой смеси кислородом воздуха в условиях вертикально-горизонтальных перемещений воздушного столба. Полномасштабные испытания показали, что горизонтальный поток оказывает значительное влияние на эффективность насыщения водно-иловой смеси кислородом, увеличивая концентрацию кислорода примерно на 70% . Система горизонтального потока также улучшает условия перемешивания, особенно горизонтальное перемешивание, и таким образом это улучшает условия пуска и работы станции.

Глава 6 посвящена оценке влияния перемешивания и аэрации на технологические процессы в аэротенках с продольным рециклом. Влияние перемешивания и аэрации на гидравлику и передачу кислорода в аэрационных бассейнах при наличии горизонтальной скорости изучалось в пилотной установке и полноразмерном аэротенке.

Сравнивая результаты, полученные для вариантов с и без перемешивания, можно констатировать, что уменьшение локального времени пребывания газа с увеличивающейся вертикальной позицией уменьшается, когда создается горизонтальное движение жидкости. Более того, для той же скорости (расхода) воздушного потока локальное время пребывания газа уменьшается, когда включается мешалка.

Общее время пребывания газа будет увеличиваться с увеличением горизонтальной скорости жидкости из-за более высокого наклона воздушного столба (аэрируемого объема) и увеличенной траектории пузырей.

Зависимость локального времени пребывания от расхода потока воздуха показывает линейную связь между этими параметрами. Принимая некоторые допущения, можно получить соотношение между локальным коэффициентом передачи кислорода и скоростью (расходом) воздушного потока (рис. 7). Результаты этих локальных измерений согласуются с измерениями общего коэффициента передачи кислорода, определенными на пилотной установке при идентичных условиях.

Таким образом, зависимости эволюции времени пребывания газа и зависимости общего коэффициента передачи кислорода (рис. 7) показывают линейную зависимость от скорости (расхода) потока воздуха.

Анализируя полученные данные можно сделать вывод, что скорость подъема пузырей уменьшается при увеличении горизонтальной скорости жидкости. Причина этого в том, что горизонтальная мешалка уменьшает влияние «спирального потока», следовательно, воздушные пузыри по мере подъема ускоряются меньше. Этот эффект в дополнение к тому, что наклон (длина траектории пузырей) увеличивается, оказывает позитивное влияние на локальную передачу кислорода.

На рис. 8 приведена полученная зависимость между общим коэффициентом передачи кислорода и горизонтальной скоростью жидкости (частотой вращения мешалки). Как ожидалось, увеличение kLa происходило параллельно с увеличением горизонтальной скорости. Этот общий результат становится понятен при анализе предыдущих локальных измерений, а именно -  увеличении траектории пузырей, уменьшении скорости пузырей, уменьшении диаметра Саутера. Видно, что полученная кривая асимптотически стремится к пределу, что подтверждается результатами ранее проведенных работ.

При проведении работы определялась также возможность улучшения процесса (повышения эффективности передачи кислорода) изменением положения мешалки при тех же технико-экономических затратах (скорости вращения мешалки, расходе воздуха через диффузоры). Установлено незначительное влияние на горизонтальную скорость UL вертикального положения мешалки (увеличение всего на 8% при переходе к варианту размещения ближе к днищу). Однако общий коэффициент передачи кислорода kLa при этом увеличивался на 15%. Отмечено также значительное изменение гидродинамики жидкости, когда горизонтальное расстояние между последним поворотом и мешалкой было увеличено (увеличение горизонтальной скорости на 28%). Однако улучшения общего коэффициента передачи кислорода в той же пропорции в экспериментах не наблюдалось. Значительное увеличение UL может быть результатом стабилизации потока, текущего против течения мешалки и вызывающего расширенно-восходящее воздействие. Несмотря на это, в диапазоне исследованных скоростей жидкости (0,25-0,32 м/с) явление «спирального потока» уже значительно ослабевало и такое изменение в расположении мешалки не улучшало общий коэффициент передачи кислорода.

Результаты испытаний показали, что оптимальное вертикальное положение мешалки находится вблизи днища аэротенка, горизонтальное расположение лопастей мешалки оказывает сильное влияние на горизонтальную скорость жидкости. Оптимальное горизонтальное расположение мешалки обеспечивает наилучшую конфигурацию как для гидродинамических, так и для аэрационных характеристик исследованной системы.

При наличии горизонтального движения жидкости (включенной мешалке) основной причиной изменения гидравлических и окислительных характеристик является наклон воздушного (пузырькового) столба. Увеличение горизонтальной скорости жидкости вызывает возрастание величины общего коэффициента передачи кислорода, т.к. более сильный наклон воздушного столба с увеличением горизонтальной скорости жидкости приводит к увеличению времени пребывания и снижению скорости подъема и размера пузырей газа.

Основные полученные закономерности могут быть обобщены следующим образом:

1). Локальное время пребывания газа, площадь контакта фаз и диаметр Саутера возрастают при увеличении расхода (скорости) потока воздуха.

2). В системе имеет место явление «спирального потока», которое значительно влияет на скорость подъема пузырей. «Спиральный поток» оказывает более значительное влияние при увеличении расходов (скоростей) потока воздуха.

Представленные результаты позволяют понять механизм взаимодействия между условиями перемешивания и аэрации и оценить их влияние на эффективность передачи кислорода. С экспериментальной точки зрения представляет  интерес применить эту технику в реальных полномасштабных бассейнах для того, чтобы определить влияние увеличения глубины жидкости на локальные параметры.

Экспериментальные данные, полученные при различных управляющих условиях в процессе этой работы могут быть использованы или как входные данные для последующего моделирования, или для легализации (придания юридической силы) математических моделей.

В главе 7 приведены результаты  определения влияния продольного рецикла на процессы флокуляции активного ила. Задача состояла в том, чтобы разработать модель флокуляции активного ила с использованием массовых балансов и сравнить результаты расчета, полученные на модели, с экспериментальными данными, полученными при проведении испытаний.

Допущения, сделанные при разработке модели флокуляции с использованием массовых балансов для системы с активным илом, состояли в следующем:

-        размер флокул является единственной характеристикой, которая непрерывно меняется во времени (плотность флоккул при этом сохраняется постоянной);

- в процессе флокулирования отсутствует рост клеток бактерий, т.к. ни подачи субстрата, ни аэрации в систему не производится (реализуются лишь процессы агрегатирования и разрушения флокул);

- имеет место только самый простой вид разрушения флокул - парное разрушение, когда функция распределения разрушений выражается как:

для  j = i+1 (2)

где - объем частицы и Гi,j = 0 для всех остальных случаев.

При моделировании применялся массовый баланс, базой для которого являются геометрические серии объемов частиц:

  (3)

Скорость изменения числа частиц в каждой размерной серии описывается как:

(4)

где

Ni - концентрация флоккул размера i;

- результативность столкновений;

ij - частота столкновений частиц объема i и k;

Si - скорость разбиения флокул размера I;

Гi,j  -  функция  распределения разрушений,  которая  определяет объемную долю фрагментов I-го размера, получаемую из флокул j-размера.

Частота столкновений ij в единицах объема частиц каждой размерной серии в системе ij определяется выражением:

(5)

Градиент средней скорости G выражается в виде:

(6)

где

- кинематическая вязкость;

- средняя скорость диссипации турбулентной энергии.

Средняя скорость диссипации энергии определяется в виде:

  (7)

где

Р0 – число мешалок;

N – частота вращения мешалки;

D – диаметр мешалки;

V – объем тенка.

Кинетика агрегации флокул является функцией их структуры. Влияние структуры флоккул было учтено в модели массового баланса через частоту столкновений ij. Структура агрегатов была определена в величинах массового фрактального коэффициента Df, который изменяется от 1 до 3. Результативность столкновений вводится в модель массового баланса, чтобы учесть препятствующее столкновениям влияние вязких жидких слоев между частицами. Если первоначальная дисперсия частиц полностью дестабилизирована и каждое столкновение является успешным, то = 1.

Скоростью разрушения флоккул Si является функцией объема частиц и определяется выражением:

(8)

где: а = 1/3.

Это согласуется с теоретическим прогнозом, который говорит о том, что скорость разрушения пропорциональна диаметру флоккул. Величина А в уравнении (8) представляет собой коэффициент скорости разрушения и определяется сравнением модельных и экспериментальных данных.

С целью мониторинга процесса флокуляции активного ила и исследования влияния сдвиговых воздействий на динамику флокуляции проводились экспериментальные исследования реальных активных илов действующих очистных сооружений.

В процессе обработки сточной воды в аэротенке флокулы активного ила непрерывно испытывают сдвиговые воздействия. При этом величины градиентов средней скорости G для типичных процессов флокулирования активного ила колеблются от 20 до 200 1/с.

При испытаниях были проведены эксперименты с флокулированием активного ила при градиентах средней скорости G, равных 19,4; 37,0 и 113 1/с.

Установлено что при каждом градиенте средней скорости первоначально размер флокул за счет агрегатирования увеличивался быстро. Разрушение флокул начиналось, когда их размер увеличивался до некоторой определенной величины. При этом в иловых системах, в отличие от неорганических, наблюдается непрерывное, хотя и слабое увеличение размеров флокул. Причина этого кроется в принципиальном различии между неорганическими и активно-иловыми системами, состоящим в том, что активный ил является непрерывно развивающейся биологической системой. Наблюдаемое явление не связано с биологическим ростом (размножением) микроорганизмов, т.к. в условиях эксперимента отсутствовал подвод субстрата к микроорганизмам ила и аэрация водно-иловой смеси. Единственное возможное объяснение непрерывного роста размеров флокул в иловых системах состоит в том, что бактерии  непрерывно  продуцируют  полимеры,  являющиеся  одной  из составляющих флокул.

Полученные данные показывают также, что увеличение градиента средней скорости приводило к уменьшению окончательного размера флокул. Это свидетельствовало о большой роли сдвиговых напряжений в процессах флокулирования активного ила. Взаимосвязь между размером флоккул и градиентом средней скорости может быть использована для определения модели разрушения флокул. Так, при малых градиентах средней скорости имеют место максимальные размеры флокул, что приводит к разрушению флокул по нитчатому типу.

Расчет массового баланса производился для каждого эксперимента. Для получения высокой корреляции модели с экспериментальными результатами были использованы модельные параметры и А с целью минимизации целевой функции:

(9)

Для получения профилей кривых целевой функции определен массовый баланс для проверенного диапазона результативности столкновений и коэффициента скорости разрушения А. В каждом случае модельные и экспериментальные параметры сравнивались в соответствии с целевой функцией.

Массовый баланс отслеживает динамику флокуляции активного ила, обеспечивая хорошую аппроксимацию начального изменения размера флоккул по времени. Чтобы оценить сходимость модели с экспериментальными результатами, было вычислено «качество сходимости».

«Качество сходимости» G0F было определено как

(10)

и

(11)

где

D [4,3] - среднее значение массы в эксперименте;

sE - стандартное отклонение (ошибка);

n - число измеренных точек.

Стандартная ошибка делится на величину (n-2), которая представляет собой число степеней свободы для рассматриваемой системы при соответствии двух модельных параметров ( и А).

«Качество сходимости» на 100% может быть интерпретировано как
идеальный        критерий        сходимости между модельными и

экспериментальными результатами, когда стандартная ошибка незначительна. Для каждого эксперимента было установлено, что «качество сходимости» выше 90%, т.е. модель дает хорошее приближение к экспериментальным данным.

Математическая модель процесса биологической очистки с учетом гидродинамической структуры потока, включая процессы рециркуляции иловой смеси.

К описанию реальной гидродинамики в аэротенках существует два подхода: представление реактора в виде набора ячеек идеального смесителя (чем больше ячеек, тем более выражена неравномерность концентраций по длине реактора) и диффузионное описание процесса, при котором предполагается, что продольное смешение жидкости описывается коэффициентом турбулентной диффузии DL, а структура реактора определяется отношением этого коэффициента к произведению скорости течения и длины реактора DL/UL. Обратная данному выражению величина называется критерием Пекле  Pe  = 1/(DL/UL).

Для  описания таких реакторов так же может применяться как ячеистая модель, так и описание с помощью диффузионной модели. Для любого участка такого реактора, если известно DL, величина DL/UL определяется длиной выбранного участка и скоростью с учетом рециркуляции. Это особенно важно, если учитывать, что конструктивно разные участки подобных реакторов (в зависимости от наличия систем аэрации, поворотов и т.п.) могут иметь разные величины DL.

Если рассматривать реактор с рециркуляцией в целом, то экспериментально установлено, что:

  (12) 

где: - дисперсионный критерий аэротенка без рециркуляции ();

А - коэффициент, характеризующий место расположения узла рециркуляции по длине аэротенка.

       

Диффузионная модель течения жидкости в реакторе.

Рассмотрим диффузионную модель течения жидкости в реакторе. Запишем уравнение массового баланса для элементарного объема dV, отстоящего на величину x от начала реактора, с учетом переноса вещества. Изменение массы i-ого вещества во времени можно представить как:

(13)

вклад

входящего потока

массы

вклад

выходящего потока

массы

изменение массы  за счет химической реакции

где Si [кг / м3] – концентрация i – ого вещества;

q [м3/ч] – расход жидкости через эффективную площадь реактора F [м2];

DL [м2/ч] – коэффициент диффузии вещества, описывающий гидродинамические режимы сооружений;

R [кг/м3ч]        – функция изменения концентрации (изъятия, окисления, выделения, роста, отмирания) вещества за счет реакции.

Для нестационарных условий уравнение (13) решалось в виде:

  (14)

где U [м/ч] – средняя  скорость течения в реакторе. (U=q/F).

Отметим, что при  U = 0,  R 0  (14)  в точности соответствует закону Фика.

В стационарном случае уравнение (14) принимает следующий вид:

  (15)

Технологическая постановка задачи моделирования.

Для постановки задачи использования диффузионной модели, учитывая трудоемкость дальнейших вычислений, следует выбрать наиболее типичные условия реактора, которые позволят в дальнейшем использовать полученные решения для моделирования процесса в целом.

Для этого примем:

  • Реактор представляет собой некоторый участок аэротенка, в котором расход жидкости, площадь сечения и коэффициент турбулентной диффузии остается постоянными
  • Концентрация веществ  меняется только в результате реакции и диффузии.
  • Рассматривается один наиболее значимый компонент реакции, используя который можно описать процесс в целом.
  • Для описания скорости реакции используется общая скорость реакции в единице объема – произведение удельной скорости и веса ила в объеме.
  • Описание зависимости скорости реакции по выбранному компоненту принимается простым уравнением Моно. В используемой модели функция изменения концентрации вещества за счет реакции записывается следующим образом:

  (16)

где Rm [кг/м3 ч] – предельное значение скорости течения реакции;

Ks [кг/м3] – коэффициент полунасыщения.

Граничные  и начальные условия.

Для корректной постановки задачи Коши в случае нестационарного уравнения (5) требуются одно начальное и два граничных условия.

Концентрация на входе аэротенка изменяется как Asin(t) + S0. Хотя в реальной ситуации характер колебания нагрузки в течение суток описываются несколько более сложными зависимостями, сведение их к описанию синусоидой принято при моделировании процесса.

Граничные условия для решения задачи в нестационарных условиях:

(17)

Для стационарного уравнения (15) требуются два граничных условия:

  (18)

Из вышесказанного следует, что описание процесса очистки сточных вод в аэротенке сводится к решению уравнений (14) и (15) с граничными условиями (17) и (18) соответственно.

Проверка модели на реальных данных и возможности ее использования.

Для проверки модели на реальных данных использовано моделирование процесса нитрификации в сооружениях нитри-денитрификации ЛбСА. Данный пример выбран по двум причинам: во-первых, при исследовании и наладке данных сооружений получены многочиленные экспериментальные данные как по скоростям, так и по распределению концентраций по длине сооружений, во-вторых, концентрация аммонийного азота наиболее просто определяется экспериментально.

При моделировании использованы следующие условия:

  • Моделируется участок аэротенка, соответствующий зоне нитрификации (3 и 4 коридоры сооружения).
  • Концентация аммонийного азота в начале участка составляет 8,5 мг/л - в соответствии со средними экспериментальными данными.
  • Расход стока составляет 110 тыс. м3/час, коэффициент рециркуляции ила - 0,7, коэффициент внутренней рециркуляции - 0,65. Ширина коридора - 12 м, рабочая глубина - 5,5 м. Линейная скорость - 162 м/час. Коэффициент диффузии  - 600 м2/час.
  • Максимальная скорость нитрификации – 3,9 мг N мг СВ ила в час, коэффициент полунасыщения по азоту аммонийному - 0,3 мг N/л. (коэффициенты определены экспериментально в ходе работ на станциях).

       Разработанная модель процесса показала хорошую сходимость с практическими данными. Современные численные методы позволяют осуществить решение задачи по определению скорости реакции и концентрации основных компонентов с использованием уравнения продольной диффузии и кинетического описания процесса уравением Моно для участка аэротенка. Используя разработанную модель, можно производить точные расчеты коридорных усреднителей концентрации, распределения концентраций по длине аэротенков для процессов окисления органических веществ, нитрификации и денитрификации. С помощью разработанной модели возможно предсказывать характер колебаний концентраций веществ и скоростей реакций по длине аэротенка, необходимые для точного расчета систем аэрации и управления сооружениями (рис. 9).

В главе 8 приведено подробное обсуждение результатов проведенных исследований, проанализированы достигнутые результаты и показаны пути дальнейших работ по совершенствованию рециркуляционных биохимических процессов аэробной обработки сточных вод.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана технологическая модель комплексного управления биохимическими процессами очистки сточных вод в аэротенках карусельного типа с рециркуляцией иловой смеси.

2. Разработана математическая модель процесса биохимической очистки в аэротенке с внутренней рециркуляцией иловой смеси на основе уравнения продольной диффузии, обеспечивающая оценку распределения концентраций иловой смеси по длине аэротенка в условиях нестационарности поступления исходной технологической нагрузки. Физический  механизм  двухфазного  потока  в аэротенке с продольной рециркуляцией иловой смеси по «карусельному» типу выражает зависимость между двумя потоками энергии, что есть число Фруда Fr.  Первая энергия вызвана скоростью горизонтального потока, создаваемой  мешалками  в  «карусельной»  зоне,  вторая  -  создана вертикальной скоростью.

3. Определены критерии оптимизации физических моделей биохимических процессов с продольной рециркуляцией иловой смеси по карусельному типу в широком диапазоне коэффициентов рециркуляции. Установлено, что при реконструкции существующих аэротенков с пневматичес­кой системой аэрации целесообразно применение рециркуляционных камер, оборудованных среднепyзыpьчатыми диспергаторами периодического действия, работающими по схеме ступенчатого регулирования расхода подаваемого воздуха. Для вновь строящихся объектов рецир­куляционные камеры целесообразно оборудовать мелкопyзырчатыми диспергаторами постоянного действия.

4. Установлено, что эффективное yправление кислородным режимом имеет место в диапазоне изменения коэффициентов рециркуляции от 2 до 5. При использовании мелкопyзырьчатых диспергаторов степень использования кислорода воздуха достигает 5,20-5,7%, а удельный расход воздуха на транспорт 1 м3 рециркулиpyющей жидкости в оптимальном режиме составляет 0,7-0,8 м3.

5. Предложена технологическая схема аэротенка-вытеснителя, гидродинамический и кислородный режимы в котором управляемы за счет аэрируемого продольного рецикла иловой смеси, а система аэрации включает два уровня: базисную и управляемую. В случаях значительной неpaвномерности поступающих загрязнений yпpaвление гидродинамическим и кислородным режимами аэротенка целесообразно осуществлять с помощью аэpируемого продольного рецикла, интенсив­ность которого автоматически изменяется в зависимости от колебаний пpитока.

6. В результате проведенных исследований разработаны техно­логические схемы и предложены регламенты работы аэротенков управ­ляемого профиля следующих модификаций: аэротенки с постоянным продольным рециклом иловой среды; аэротенки с регулируемым пpo­дольным рециклом иловой среды и кислородным режимом; аэротенки с регулируемым продольным рециклом иловой среды, кислородным ре­жимом и концентрацией активного ила.

Намечены области экономического использования аэротенков указанных типов и даны примеры их конструктивного оформления с использованием пневматических, механических и струйных аэраторов.

7. Выполнена технико-экономическая оценка сравнительной эффективности аэротенков с рециркуляцией иловой смеси и проверка целесообразности их практической реализации в Российских условиях.

Установлено, что на данном этапе работы целесообразно сосредоточить усилия организаций, занятых проектированием аэротенков управля­емого профиля, на разработке унифицированных систем автоматичес­кого управления этими сооружениями с учетом средств автоматиза­ции, освоенных отечественной промышленностью.

Предложения для практики.

На основании проведенных исследований разработаны: Методические рекомендации по оптимизации рециркуляционной модели биохимических процессов аэробной биологической очистки (Утв. Отделение ветеринарной медицины, РАСХН, 21.11.2008г.) и Методические рекомендации по инженерным вопросам проектирования сооружений аэробной биологической очистки сточных вод предприятий агропромышленного комплекса (Утв. Отделение ветеринарной медицины, РАСХН, 21.11.2008г.).

Результаты и материалы выполненной работы использованы: ООО «Союзводоканалпроект» г. Москва с годовым экономическим эффектом 16,5 млн. руб, ГУП «МосводоканалНИИпроект» г. Москва с годовым экономическим эффектом 9,5 млн. руб.,  ГУП «ЛЕНГИПРОИНЖПРОЕКТ» г. Санкт-Петербург с годовым экономическим эффектом 6,57 млн. руб., УЛМ "Мосводоканал", Люберецкая станция аэрации, г. Москва, годовой экономический эффект 2,7 млн. руб., ООО «Межрегиональная Группа Компаний «Регион-Агро-Продукт» г. Москва годовой экономический эффект 15,0 млн. руб.,  ФГУП «Северо-Кавказский Гипрокоммунводоканал» г. Ростов-на-Дону с годовым экономическим эффектом 26,0 млн. руб., МУП «Горводоканал» г. Саров, Нижегородская обл. РФ годовой экономический эффект 7,5 млн. руб., ООО «Инженерно-архитектурным центром» ДХО ЗАО ТАФ «Архпроект» СА РБ г. Уфа Республика Башкортостан с годовым экономическим эффектом 1,8 млн. руб.,  Гуп «Водоканал» г. Якутска с годовым экономическим эффектом 2,5 млн. руб.,  СХПК АПК «Надеево» г. Москва с годовым экономическим эффектом 25 млн. руб., ОАО «Амурские коммунальные системы» г. Благовещенск с годовым экономическим эффектом 3,5 млн. руб., ОАО «Водоканал» г. Ишим с годовым экономическим эффектом 9 млн. руб., ОАО «Северский Водоканал» г. Северск Томская обл. РФ с годовым экономическим эффектом 2,5 млн. руб., ОАО «Сибгипрокоммунводоканал» г. Новосибирск годовой экономический эффект 17,5 млн. руб.,  ГУП «Мосводоканал-НИИпроект» при проектировании очистных сооружений Московской городской онкологической больницы № 62 с годовым экономическим эффектом 0,66 млн. руб., ООО Интститут «Гражданпроект» г. Кирова при проектно-конструкторской разработках очистных сооружений г. Кунгур Пермского края с годовым экономическим эффектом 0,55 млн. руб.

Список работ, опубликованных по теме диссертации :

  1. Баженов В.И. Положительное решение № 2008137272/22(047919) от 11.11.2008 г., РОСПАТЕНТ о выдаче патента на полезную модель «Устройство для  биологической очистки сточных вод».
  2. Баженов В.И. Положительное решение № 2008137271/22(047918) от 11.11.2008 г., РОСПАТЕНТ о выдаче патента на полезную модель «Устройство для  биологической очистки сточных вод».
  3. Патент на полезную модель № 74929. Насосная станция. Заявка № 2008107732, приоритет 03 марта 2008 г., зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ 20 июля 2008 г. Березин С.Е., Баженов В.И.
  4. Баженов В.И., Денисов А.А. Проектирование современных комплексов биологической очистки сточных вод // Экология и промышленность России. – 2009. - №2. –с. 38-42.
  5. Баженов В.И., Характеристика для оценки устройств перемешивания активного ила аэротенков // Безопасность жизнедеятельности – 2009. - №3,  -с. 29-33.
  6. Баженов В.И., Стыхин В.В. Современное технологическое обеспечение очистки сточных вод животноводческих комплексов // Экология и промышленность России. – 2009. - №1. –с. 25-29.
  7. Баженов В.И., Кривощекова Н.А. Международный экономический показатель как средство оценки систем биологической очистки сточных вод // Журнал «Водоснабжение и санитарная техника. -2009, №2, -с. 15-17.
  8. Баженов В.И., Кривощекова Н.А. Показатель LCC (Life cycle cost) - затраты жизненного цикла как базовый экономический анализ в альтернативу показателя приведенных затрат // Журнал «Водоснабжение и канализация» . -2008. -№1.
  9. Баженов В.И. Критерий оптимизации аэротенков с продольной рециркуляцией иловой смеси «карусельного» типа  // Экология и промышленность России. – 2008. - №12. – с. 12-15.
  10. Баженов В.И., Летаров С.В. ,  Биологическая очистка жиросодержащих стоков // Журнал «Безопасность жизнедеятельности». – 2008. - №12. –с. 14-17.
  11. Баженов В.И. Поддержка технологических процессов ЦБП современным оборудованием // Инновационные технологии для снижения воздействия целлюлозно-бумажных предприятий на окружающую среду. Международная научно-практическая конференция. Сборник докладов 7-9 апреля, Сп-б. - 2008. - с.188-203. 
  12. Баженов В.И. Инженерное оформление крупных аэротенков по экономичному принципу // Журнал «Водоотчистка». – 2008. - №4. – с. 49-59.
  13. Баженов В.И. Инженерное оформление крупных аэротенков по экономичному принципу // Журнал «Водоотчистка, Водоподготовка, Водоснабжение». – 2008. - №1. – с. 66-79.
  14. Баженов В.И. Математическое моделирование очистных сооружений с применением погружной техники // Журнал «Сантехника». – 2008. - №5. – с. 68-71.
  15. Баженов В.И. Рециркуляционные потоки высокой производительности- основа современных схем биоочистки // Журнал «Водоотчистка, Водоподготовка, Водоснабжение». – 2008. - №3. – с.63-70.
  16. Баженов В.И. Погружное насосное оборудование в водооборотном цикле НПЗ  // 3-я Международная научно-практическая практическая конференция 21-25 августа 2008 г. Иркутск. – 2008.
  17. Баженов В.И. Современное проектирование очистных сооружений с использованием математического моделирования (доклад) // 3-я Международная научно-практическая практическая конференция 21-25 августа 2008 г. Иркутск. – 2008.
  18. Баженов В.И. Математическая модель процесса биологической очистки с учётом гидродинамической структуры потока // Международный конгресс "Вода: экология и технология" Экватек-2008. – 2008.
  19. Баженов В.И. Механизм теоретической разработки аэротенков с продольной рециркуляцией иловой смеси по «карусельному» типу // Международный конгресс "Вода: экология и технология" Экватек-2008. – 2008.
  20. Березин С.Е., Баженов В.И. Насосные станции с погружными осевыми насосами // Международный конгресс "Вода: экология и технология"  Экватек-2008. – 2008.
  21. Баженов В.И. Особенности проектирования очистных сооружений водоотведения с применением погружной техники. Математическое моделирование очистных сооружений  // Международный конгресс "Вода: экология и технология" Экватек-2008. – 2008.
  22. Эпов А.Н., Баженов В.И. Расчёт аэротенков с удалением биогенных элементов  // Международный конгресс "Вода: экология и технология" Экватек-2008. – 2008.
  23. Баженов В.И., Эпов А.Н., Кичигина С.Е. Стабилизация илового индекса путём видовой селекции активного ила // Международный конгресс "Вода: экология и технология" Экватек-2008. – 2008.
  24. Баженов В.И., Эпов А.Н., Привин Д., Исаев О.Н. Современные требования к определению качества поступающих сточных вод в условиях удаления биогенных элементов // Журнал «Водоотчистка». – 2008. - №10. – с. 24-30.
  25. Баженов В.И. Механизм теоретической разработки аэротенков с продольной рециркуляцией иловой смеси по «карусельному» типу  // Журнал «Водоотчистка». – 2008.  - №10. – с. 56-59.
  26. Баженов В.И. Прикидочный расчёт процессов нитри-денитрификации для аэротенков «карусельного» типа  // Журнал «Водоотчистка». – 2008.  - №10. – с. 60-65.
  27. Баженов В.И. Разрушают ли мешалки хлопья активного ила? Или возврат к основам // Журнал «Водоотчистка, Водоподготовка, Водоснабжение». – 2008. - №4. – с.53-69.
  28. Баженов В.И., Эпов А.Н., Привин Д., Исаев О.Н. Определение качества исходных сточных вод при моделировании биологических процессов // Водные ресурсы и водопользование. Казахстан СУ Арнасы. -2008. -№3(50). –с. 12-16.
  29. Кичигина С.Е., Баженов В.И., Эпов А.Н. Микроконкуренция в крупных масштабах. Стабилизация илового индекса путем видовой селекции активного ила // ВодаMagazine. -2007. -№1. –с. 28-30.
  30. Баженов В.И. Особенности проектирования очистных сооружений водоотведения с применением погружной техники. Математическое моделирование очистных сооружений // Международная конференция: “Вода: Технологии и оборудование- 2007” 11-14 апреля ВВЦ, Материалы конференции. –М. – 2007. - с. 112- 116.
  31. Баженов В.И., Кичигина С.Е. Кинетическая теория видовой селекции смешанной культуры и подавление нитчатого вспухания активного ила // Достижения науки и техники. -2007. -№9. –с. 26-30.
  32. Баженов В.И. Технологические вопросы проектирования аэротенков по «карусельному» типу  // 5-й Международный конгресс Вэйсттэк-2007, – 2007. – с. 439-441.
  33. Кичигина С.Е., Баженов В.И., Зайнулин Н.Р. Видовая селекция микроорганизмов в смешанных культурах активных илов илов аэротенков- фактор влияния на состояние гидросферы // Материалы 6-й Международной  научно- практической конференции «Ресурсы недр России: экономика и геополитика, геотехнология и геоэкология, литосфера и геотехника». – Пенза. -2007. –с. 36-38.
  34. Баженов В.И., Кичигина С.Е., Буланова А.М. Усовершенствование процессов очистки коммунальных сточных вод- аккумулятивно- регенерационная модель селекции микроорганизмов в смешанных культурах аэротенков // Материалы 6-й Международной  научно- практической конференции «Ресурсы недр России: экономика и геополитика, геотехнология и геоэкология, литосфера и геотехника». – Пенза. -2007. –с. 39-42.
  35. Кичигина С.Е., Баженов В.И., Фролова А.В. Гидравлические режимы подавления нитчатого вспухания активного ила в аэротенке - задача эффективной работы очистных сооружений // Материалы 6-й Международной  научно- практической конференции «Ресурсы недр России: экономика и геополитика, геотехнология и геоэкология, литосфера и геотехника». – Пенза. -2007. –с. 52-55.
  36. Баженов В.И. «Карусельные» аэротенки или продольные рециркуляторы // 5-й Международный конгресс Вэйсттэк-2007, – 2007. – с. 377-379.
  37. Баженов В.И. Продольная рециркуляция в аэротенках «карусельного» типа // “Водоочистка”». – 2007. - №5. – с. 33-38.
  38. Баженов В.И., Березин С.Е. Эффективные насосы и установки для аварийных и чрезвычайных ситуаций  // “Водоочистка”. – 2007. - №5. – с. 43-47.
  39. Баженов В.И., Эпов А.Н., Привин Д.И., Исаев О.Н. Современные требования к определению качества поступающих сточных вод в условиях удаления биогенных элементов // Сборник научных трудов «Институт МосводоканалНИИпроект». – 2007. - №7. – с. 114-121.
  40. Баженов В.И. Механизм теоретической разработки аэротенков с продольной рециркуляцией иловой смеси по «карусельному» типу // Сборник научных трудов «Институт МосводоканалНИИпроект». – 2007. - №7. – с. 122-127.
  41. Баженов В.И. Прикидочный расчёт процессов нитри-денитрификации для аэротенков «карусельного» типа // Сборник научных трудов «Институт МосводоканалНИИпроект». – 2007. - №7. – с. 128-134.
  42. Баженов В.И. Использование оборудования ITT в производственных процессах, очистке сточных вод и водоподготовке ЦБК // Международный научно-практический семинар «Современные техника и технологии очистки сточных вод и водоподготовки в целлюлозно-бумажной промышленности». – 2007. – с. 163-170.
  43. Баженов В.И. Методы исследований аэротенков с продольной рециркуляцией иловой смеси // "Водоотчистка". – 2007. - №6. – с. 28-35.
  44. Баженов В.И., Кичигина С.Е. Прогноз функционирования сооружений аэробной биологической очистки  // "Экология и промышленность России". – 2007. - №10. – с. 28-31.
  45. Баженов В.И., Березин С.Е., Зубовская Н.Н. Экономический анализ насосных систем на базе показателя - затраты жизненного цикла  // "Водоснабжение и санитарная техника". – 2006. - №3(часть 2). – с. 31-35.
  46. Баженов В.И. Типоряд современных станций очистки сточных вод  // Международный конгресс "Вода: экология и технология" Экватек - 2006. – 2006.– с. 746-748.
  47. Березин С.Е., Баженов В.И., Гришуков Д.В., Новая система мониторинга насосного оборудования компании "Flygt"  // “ Водоотчистка, Водоподготовка, Водоснабжение ”. – 2006. - №5. – с. 61-62.
  48. Баженов В.И., Березин С.Е., Эпов А.Н. Очистные сооружения с использованием погружных мешалок и насосов Flygt  // “ Водоотчистка”. – 2006. - №5. – с. 63-67.
  49. Баженов В.И., Березин С.Е., Эпов А.Н. Использование высокопогружаемой ступени для биоочистки стоков свинокомплекса "Надеево"  // “ Водоотчистка”. – 2006. - №5. – с. 68-71.
  50. Березин С.Е., Баженов В.И., Эпов А.Н. Очистка сточных вод животноводческих комплексов  // “ Водоотчистка”. – 2006. - №5. – с. 72-79.
  51. Березин С.Е., Баженов В.И., Гришуков Д.В. Новая система мониторинга насосного оборудования компании "Flygt" (MAS 711)  // “Водоснабжение и санитарная техника”. – 2005. - №4. – с. 30-31.
  52. Березин С.Е., Баженов В.И. Насосы "Flygt" для спортивных объектов и аквапарков  // «Жилищное и коммунальное хозяйство»  (Москва). – 2005. - №10. – с. 33-37.
  53. Березин С.Е., Баженов В.И., Эпов А.Н. Очистные сооружения с использованием погружных мешалок и насосов Flygt  // "Жилищное и коммунальное хозяйство"  (Росстрой). – 2005. - №6(часть 1). – с. 74-76.
  54. Березин С.Е., Баженов В.И., Норкин В.И. Эффективные насосы и установки для аварийных  и чрезвычайных ситуаций  // "Жилищное и коммунальное хозяйство"  (Росстрой). – 2005. - №6(часть 1). – с. 68-70.
  55. Березин С.Е., Баженов В.И., Козлов Б.В. Грязный бизнес  // "Жилищное и коммунальное хозяйство"  (Росстрой). – 2005. - №6(часть 1). – с. 73-75.
  56. Березин С.Е., Баженов В.И., Козлов Б.В., Гурвич Л.Е. Канализирование коттеджной застройки с помощью комплектных КНС  // Сантехника, отопление, кондиционирование  (С.О.К). – 2005. - №9. – с. 32-33.
  57. Тавастшерна К.С., Березин С.Е., Баженов В.И. Насосы для Сестрорецка. Надежное оборудование XXI века для очистных сооружений  // "Строительство и городское хозяйство". – 2005. - №2(75). – с. 131-132.
  58. Березин С.Е., Баженов В.И., Эпов А.Н., Стыхин В.В. Современные энергосберегающие технологии очистки сточных вод животноводческих комплексов: опыт применения в СХПК АПК "Надеево"  // "Торгпред". – 2005. - №7. – с. 28-29.
  59. Березин С.Е., Баженов В.И., Корецкий В.Е. Насосы для снегоплавных пунктов Москвы  // "Водоснабжение и санитарная техника". – 2004. - №4(часть 1). – с. 33-34.
  60. Березин С.Е., Баженов В.И., Трошин А.С., Трошин А.А. Технико - экономические показатели насосов "ITT Industries" "A-C Pumps"  // "Жилищное и коммунальное хозяйство" (Москва). – 2004. - №2. – с. 6-9.
  61.   Баженов В.И., Березин С.Е. Крупнейшие внедрения "ITT Flygt" на станциях биоочистки  // Международный конгресс "Вода: экология и технология" Экватек - 2004. Материалы конгресса (часть 2). – 2004. – с. 650-651.
  62. Загорский В.А., Данилович Д.А., Белов Н.А., Березин С.Е., Баженов В.И., Эпов А.Н.  Реконструкция аэротенков Люберецкой станции аэрации с внедрением технологии нитри-денитрификации // Сборник научно-технических статей Мосводоканал «Развитие Московской канализации». – 2003. – с.83-90.
  63.   Березин С.Е., Баженов В.И., Кинцель Л. О преимуществе использования насосов Flygt серии "N" с ПЧТ  // Журнал "Водоснабжение и санитарная техника". – 2002. - №3. – с. 8.
  64. Баженов В.И., Березин С.Е. Инженерное оборудование резервуаров погружными мешалками Flygt  // Журнал "Водоснабжение и санитарная техника". – 2000. - №3. – с. 27-29.
  65. Загорский В.А., Данилович Д.А., Белов Н.А., Березин С.Е., Баженов В.И., Эпов А.Н. Реконструкция аэротенков Люберецкой станции аэрации с внедрением технологии нитри-денитрификации  // "Жилищное и коммунальное хозяйство"(Москва). – 2000. - №4. –с. 24-27.
  66. Загорский В.А., Данилович Д.А., Дайнеко Ф.А., Белов Н.А., Березин С.Е., Баженов В.И., Эпов А.Н. Реконструкция аэротенков Люберецкой станции аэрации с внедрением технологии нитри-денитрификации  // Новые технологии и оборудование в водоснабжении и водоотведении (сборник материалов вып. 2) НИИ Коммунального водоснабжения и очистки воды, Водкоммунтех. –М. ГУП «ВИМИ». – 2000. – с. 100-103.
  67. Загорский В.А., Данилович Д.А., Белов Н.А., Дайнеко Ф.А.,Березин С.Е., Баженов В.И., Эпов А.Н. Экологические мероприятия на Люберецкой станции аэрации с внедрением технологии нитри-денитрификации  // "Известия". – 2000. - №1. – с. 87-92.
  68. Баженов В.И. Современные очистные сооружения на базе погружного оборудования Flygt  // Научно - практическая конференция "Чистая вода" Казань 2000. – 2000.– с. 51-53.
  69. Березин С.Е., Баженов В.И, Загорский В.А., Леонов Г.В., Нефёдов Ю.И. Погружное насосное оборудование Flygt : история внедрения, состояние, последние разработки  // "Водоснабжение и санитарная техника". – 1999. - №8. – с. 31-32.
  70. Загорский В.А., Данилович Д.А., Дайнеко Ф.А., Белов Н.А., Березин С.Е., Баженов В.И., Эпов А.Н. Реконструкция аэротенков Люберецкой станции аэрации с внедрением технологии нитри-денитрификации  // "Водоснабжение и санитарная техника". – 1999. - №11. – с. 28-31.
  71. Б.Н. Репин, В.И. Баженов, О.В. Мойжес Реконструкция сооружений биологической очистки Люберецкой станции аэрации г. Москвы с целью устройства глубокой очистки и удаления биогенных элементов // Научно-практическая конференция ВУЗов г. Москвы 7 апреля 1999 г. -1999. –с. 39-40.
  72. Баженов В.И., Березин С.Е. Технико-экономические аспекты внедрений погружного оборудования Flygt //  Материалы Международной научно- практической конференции 18-20 мая, -Волгоград.  -1999. -с. 174-176.
  73. Баженов В.И. Современные очистные сооружения на базе погружного оборудования  // Материалы первой Международной научно-технологической конференции. "ВОДОКАНАЛ. ОМСК-98"– 1998. - с. 50-33.
  74. Баженов В.И. Современные очистные сооружения на базе оборудования фирмы Flygt // Материалы Верхне-волжского регионального совещания «Чистая вода». 1-3 июля. –Рыбинск. -1998.  -с. 45-48
  75. Баженов В.И. Варианты реконструкции действующих насосных станций систем водоотведения  // ХХI техническая научно- методическая конференция “Наука и высшее образование”, МИКХиС. – 1996.
  76. Баженов В.И. Очистные сооружения с использованием оборудования фирмы Flygt  // "Водоснабжение и санитарная техника". – 1995. - №9. – с. 24-26.
  77. Баженов В.И. Оборудование фирмы Flygt для биологической очистки сточных вод  // Журнал "Водоснабжение и санитарная техника". – 1995. - №9. – с. 26-30.
  78.   Королева М.В., Баженов В.И. Экспериментальные исследования рециркуляционной колонны противоточного типа  // Мосводоканал, сборник науч. тр. “Новые направления в технологии, автоматизации и проектировании водоснабжения и водоотведения”. – 1991. – с.75-83.
  79. Репин Б.Н., Баженов В.И. Технология очистки сточных вод в аэротенках управляемого профиля  // Обзорная информация ВНИИТАГ “Инжененерное оборудование населенных мест жилых и общественных зданий”, выпуск №1. – 1991. –с. 57.
  80. Репин Б.Н., Баженов В.И. Моделирование кислородного режима в аэротенках – вытеснителях  // "Водные ресурсы" (АН СССР). – 1991. - №1. –с. 122-130.
  81. Ласков Ю.М., Репин Б.Н., Баженов В.И. Улучшение кислородного режима аэротенка методом продольного перемешивания иловой смеси  // МНТК Волгоград, сборник науч. тр. “Интенсификация процессов обработки питьевой воды, сточных  вод  и осадка”, Волгоград. – 1990.
  82. Репин Б.Н., Баженов В.И. Экспериментальные предпосылки к расчету рециркуляционных узлов управляемых аэротенков  // ЦНИИЭП инженерного оборудования,  сборник науч. тр. “Расчет систем водоснабжения и канализации”. – 1988.
  83. Репин Б.Н., Баженов В.И. Управление процессами очистки сточных вод в аэротенках  // "Водные ресурсы". – 1988. - №3. –с. 158-165.
  84. Репин Б.Н., Сирота М.Н., Баженов В.И. Экспериментальный проект станции с управляемыми аэротенками  // ЦНИИЭП инженерного оборудования, сборник науч. тр. “Водоснабжение, канализация и диспетчеризация инженерного оборудования” – 1987.
  85. Репин Б.Н., Гольдман Л.С., Баженов В.И., Сирота М.Н. Технология и конструкции управляемых аэротенков  // Журнал "Водоснабжение и санитарная техника". – 1987. - №12.
  86. Ласков Ю.М., Репин Б.Н., Баженов В.И., Ерин А.М. Управляемые аэротенки в составе очистных сооружений  // Журнал "Водоснабжение и санитарная техника". – 1987. - №4.
  87. А.с. 1745701 Пневматический аэратор / Репин Б.Н., Баженов В.И., Королёва М.В., Сирота М.Н. -1990.
  88. А.с. 1756285 Установка большой глубины для биологической очистки сточных вод / Арутюнян И.К., Гецина Г.И., Баженов В.И., Разумовский Э.С. -1992.
  89. А.с. 1655912 Аэротенк / Репин Б.Н., Королёва М.В., Баженов В.И., Сирота М.Н. -1991.
  90. А.с. 1664756 Устройство для  аэрации жидкости / Репин Б.Н., Баженов В.И., Королёва М.В., Павлинова И.И. -1991.
  91. А.с. 1576492 Устройство для очистки сточных вод активным илом / Репин Б.Н., Королева М.В., Баженов В.И., Мирончик Г.М. -1990.
  92. А.с. 1528744 Устройство для  управляемой очистки сточных вод активным илом / Репин Б.Н., Королева М.В., Баженов В.И., Сирота М.Н., Свердлов И.С. -1989.
  93. А.с. 1414792 Механический  аэратор / Репин Б.Н., Королева М.В., Баженов В.И., Павлинова И.И. -1988.
  94. А.с. 1328312  Устройство для аэрирования жидкости / Репин Б.Н., Королева М.В., Родин В.Н., Баженов В.И., Афанасьева А.Ф. -1987.
  95. А.с. 1368270  Устройство для очистки сточных вод / Репин Б.Н., Королева М.В., Баженов В.И., Друкаров М.И. -1987.
  96. А.с. 1368269 Устройство для очистки сточных вод / Репин Б.Н., Королева М.В., Баженов В.И., Малинин А.В., Абрамов Э.Н.  -1987.
  97. А.с. 1546436 Устройство для очистки сточных вод активным илом / Репин Б.Н., Королева М.В., Баженов В.И., Сирота М.Н. -1989.
  98. А. с. 1623978 Установка для биологической очистки сточных вод / Родин В.Н., Баженов В.И., Афанасьева А.Ф., Репин Б.Н., Королева М.В. -1990.
  99. А.с. 1328310 Устройство для очистки сточных вод активным илом / Репин Б.Н., Королева М.В., Хантимиров Т.М., Баженов В.И. -1987.
  100. А. с. 1291551 Устройство для биохимической очистки сточных вод / Баженов В.И., Попкович Г.С., Репин Б.Н. -1986.
  101. А.с. 1291550. Устройство для биохимической очистки сточных вод / Репин Б.Н., Королева М.В., Баженов В.И. -1986.
  102. А.с. 1808816. Аэротенк-осветлитель / Репин Б.Н., Королева М.В., Баженов В.И., Свердлов И.С. - 1992.
  103. А.с. 1787956. Устройство для глубокой очистки сточных вод/ Репин Б.Н., Королева М.В., Баженов В.И., Сирота М.Н. - 1992.
 





© 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.