Интенсификация массообменных процессов при биологической очистке сточных вод

Маршалов, Олег Викторович

Процессы и аппараты пищевых производств

автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Интенсификация массообменных процессов при биологической очистке сточных вод

кандидата технических наук: Маршалов, Олег Викторович
город: Москва
год: 2011
специальность ВАК РФ: 05.18.12
цена: 450 рублей

Диссертация по технологии продовольственных продуктов на тему «Интенсификация массообменных процессов при биологической очистке сточных вод»

Автореферат диссертации по теме "Интенсификация массообменных процессов при биологической очистке сточных вод"

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД

Специальность05.18.12-«Процессы и аппараты пищевых производств»

г*

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 9 МАЙ 2011

Москва -2011

4847756

Работа выполнена на кафедре «Холодильные системы и технологии» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет технологий и управления им. К. Г. Разумовского».

УДК 66.021.3; 628.355.2

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Юдаев Василий Федорович

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Плаксин Юрий Михайлович

- кандидат технических наук Будрик Владислав Глебович

Ведущая организация - Открытое акционерное общество

«Биотехника»

Защита состоится « 03 » ¡ДОХЛ 2011 г. в на заседании диссер-

тационного совета Д 212.149.05 при ГОУ ВПО «Московский государственный университет прикладной биотехнологии» по адресу: 109316, г. Москва, ул. Талалихина, д. 33

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Московский государственный университет прикладной биотехнологии» по адресу: 109316, г. Москва, ул. Талалихина, д.ЗЗ.

Автореферат разослан Т> МД^ 2011г. Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.149.05

кандидат технических наук Д.А. Максимов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Диссертационная работа посвящена решению актуальной научно-технической задачи: интенсификации процесса аэробной биологической очистки сточных вод предприятий пищевой отрасли и коммунальных

Интенсивное воздействие человека на природу привело к такому загрязнению водных ресурсов планеты, что историческая Конференция ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992 г.) назвала эту проблему глобальной и требующей безотлагательного решения на пути «устойчивого развития» мирового сообщества.

Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой. Все более возрастающие потребности промышленности и сельского хозяйства в воде заставляют все страны, ученых мира искать разнообразные средства для решения этой проблемы.

На современном этапе определены такие направления рационального использования водных ресурсов: более полное использование и расширенное воспроизводство ресурсов пресных вод; разработка новых технологических процессов, позволяющих предотвратить загрязнение водоемов и свести к минимуму потребление свежей воды.

Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения водой,

Значительное количество воды расходуется для потребностей животноводства, пищевой промышленности, а также на бытовые потребности населения. Много воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, черная и цветная металлургия. Развитие энергетики также приводит к резкому увеличению потребности в воде. Большая часть воды после ее использования для хозяйственно-бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод. Общеизвестно, что недостаточно очищенные сточные воды, попадая в реки и озера, в питьевую воду, могут вызвать такие заболевания как дизентерия, сальмонеллез, полиомиелит, инфекционный гепатит и др. Очистка таких стоков является одной из приоритетных задач на пути улучшения экологической ситуации в России.

Возникает необходимость в нахождении способа интенсификации процессов очистки сточных вод, проводимых на очистных сооружениях промышленных предприятий, в том числе, и предприятий пищевой промышленности, не требующего серьёзных капитальных затрат и позволяющего повысить качество очистки стоков. В результате станет возможным осуществлять работу предприятий по замкнутому водному циклу.

Выбор направления исследований

Все известные современные способы интенсификации процессов аэробной биологической очистки сточных вод можно классифицировать по характеру воздействия на процесс очистки следующим образом: микробиологические,

химические, физические. Перечисленные способы позволяют воздействовать на различные параметры процесса очистки с целью увеличения скорости потребления загрязнений биомассой.

Микробиологические способы основаны на использовании модифицированных микроорганизмов активного ила, специально приспособленных для окисления определённых органических веществ. Эти способы хорошо подходят для очистки стоков постоянного состава, с преобладанием одного типа органических загрязнений. Таковы стоки пищевых производств, сельскохозяйственных предприятий, нефтеперерабатывающих комбинатов, целлюлозно-бумажных комбинатов и др. Однако микробиологические способы не позволяют своевременно реагировать на изменение состава стоков, что ограничивает их использование при очистке стоков, состав которых изменяется со временем.

Химические способы интенсификации основаны на использовании химических веществ для флокуляции бактерий активного ила.

Физические способы интенсификации подразумевают оказание физического воздействия либо на сточные воды, либо на активный ил. К первому типу можно отнести, например, улучшение аэрации смеси сточной воды с илом в аэро-тенке, изменение гидродинамической обстановки в реакторе для улучшения перемешивания и др. Ко второму типу можно отнести способы, основанные на различных методах физического воздействия на микроорганизмы активного ила с целью повышения их метаболической активности, улучшения седимента-ционных свойств хлопка ила и т.д.

Сложность протекания процесса биологической очистки, его зависимость от большого количества параметров затрудняют теоретическую оценку степени воздействия различных методов интенсификации на ход очистки. Поэтому существует необходимость в разработке такой математической модели аэробной биологической очистки, которая позволит определить наиболее важные параметры, характеризующие скорость и качество очистки, и предложить на основе анализа модели рациональный способ интенсификации процесса очистки.

Цель и задачи исследования

- Целью диссертационной работы «Интенсификация массообменных процессов при биологической очистке сточных вод» является разработка способа интенсификации массообменных процессов при аэробной биологической очистке сточных вод пищевых производств от органических загрязнений на основе математической модели массообменных процессов при биологической очистке сточных вод активным илом.

В соответствии с поставленной целью основными задачами исследования являются;

- анализ процессов, происходящих при аэробной биологической очистке сточных вод пищевых производств;

- разработка способа интенсификации массообменных процессов при аэробной биологической очистке сточных вод с применением роторного аппарата;

- разработка математической модели массообменных процессов при аэробной биологической очистке сточных вод пищевых производств и осуществление её программной реализации;

- экспериментальная проверка соответствия разработанной математической модели реальному ходу процесса аэробной биологической очистки сточных вод;

- экспериментальная проверка возможности интенсификации массообмен-ных процессов при аэробной биологической очистке сточных вод с помощью роторного аппарата;

- выбор рациональных режимов работы роторного аппарата для интенсификации массообменных процессов при аэробной биологической очистке сточных вод;

- выработка рекомендаций по применению роторных аппаратов на конкретных очистных сооружениях.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые получены следующие научные результаты:

- предложен способ интенсификации массообменных процессов при аэробной биологической очистке сточных вод пищевых производств. >

- разработана математическая модель в виде системы дифференциальных уравнений, описывающих динамику массообменных процессов при аэробной биологической очистке сточных вод пищевых производств;

- проведены теоретические исследования зависимости спектрального состава импульсов переменного давления в роторном аппарате с модуляцией потока (РАМП) от глубины модуляции площади проходного сечения модулятора РАМП, объёмного расхода и величины критерия гомохронности;

- определены режимы работы РАМП, обеспечивающие рациональную интенсификацию массообменных процессов при аэробной биологической очистке сточных вод;

- проведена экспериментальная проверка степени механического и акустического воздействия на жизнеспособность микроорганизмов активного ила;

- получены экспериментальные зависимости концентрации растворённого кислорода в сточных водах от режима работы РАМП;

Основные положения, выносимые на защиту:

- новый способ интенсификации массообменных процессов при биологической очистки сточных вод;

- математическая модель массообменных процессов при аэробной биологической очистке сточных вод пищевых производств от органических загрязнений;

- новые результаты спектрального анализа импульсов переменного давления в аппарате;

способ растворения кислорода в смеси активного ила и сточной воды;

Практическая значимость работы:

- разработан способ интенсификации массообменных процессов при биологической очистке сточных вод с помощью роторного аппарата;

- разработан метод расчёта эффективности биологической очистки сточных вод флокулирующим илом;

- представленные экспериментальные результаты по обработке активного ила в РАМП позволяют решить экологические, экономические, технические задачи очистки сточных вод предприятий пищевой промышленности;

- рекомендации по применению роторных аппаратов для интенсификации массообменных процессов при аэробной биологической очистке сточных вод используются при реконструкции очистных сооружений г. Златоуста и очистных сооружений Златоустовского ликероводочного завода.

Реализация результатов работы

Результаты диссертационной работы учитываются при решении конструкторских задач, направленных на интенсификацию процесса очистки сточных вод от органических загрязнений на очистных сооружениях с применением аэ-ротенков Открытым акционерным обществом Уральский институт проектирования промышленных предприятий «Уралпромпроект». Автором получено заключение Федерального государственного унитарного предприятия «РОС-СПИРТПРОМ» филиал «Златоустовский ликероводочный завод» о применимости разработанного способа интенсификации массообменных процессов в технологическом процессе очистки сточных вод ликероводочного производства. Разработанная автором математическая модель массообменных процессов при аэробной биологической очистке сточных вод, а также её программная реализация были проверены на очистных сооружениях канализации (ОСК) г. Златоуста Челябинской области. Получено заключение о возможности использования программной реализации разработанной математической модели в лабораториях ОСК для прогнозирования результатов биологической очистки сточных вод.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих научных форумах:

- XI Международная научно-практическая конференция «Стратегия развития пищевой промышленности» Москва, МГУТУ, 2005 г.;

- Ежегодные научно-технические конференции Южно-Уральского государственного университета в 2003,2004, 2005 и 2006 гг.;

- Всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Научная сессия ТУСУР-2007», секция «Моделирование в естественных и технических науках», Томск, 2007 г.;

- Всероссийская школа-конференция молодых учёных, преподавателей, аспирантов, студентов и учащихся старших классов (с международным участием) «Юность. Наука. Культура. - Физхимия», Обнинск, 2007 г.;

- V Международная конференция «Математическое моделирование в образовании, науке и производстве», Тирасполь, 2007 г.;

- III Международная конференция «Актуальные проблемы науки и образования», Унеча, Унечский филиал МГУТУ, 2007 г.;

- XIII Международная научно-практическая конференция «Стратегия развития пищевой промышленности», Москва, МГУТУ, 2007 г.

- IX Всероссийская конференция молодых учёных, Новосибирск, НГТУ,

2009 г.

- 68-ая Межрегиональная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы современной науки, техники и образования», Магнитогорск, МГТУ,

2010 г.

Личный вклад автора

Автором лично получены следующие результаты:

- предложен способ интенсификации массообменных процессов при биологической очистки сточных вод с помощью РАМП;

- на основе проведённого исследования выявлены недостатки имеющихся моделей процессов при биологической очистке сточных вод и предложена ячеечная модель, позволяющая изучать динамику массообменных процессов при биологической очистке сточных вод;

- разработан метод и проведён теоретический анализ спектрального состава импульсов переменного давления в РАМП;

- проведены эксперименты и обработаны их результаты по осуществлению предложенного способа интенсификации массообменных процессов при биологической очистке сточных вод.

Публикации. Результаты по теме диссертации опубликованы в 10-и научных статьях, 1 патенте РФ.

Структура и объём работы. Работа состоит из введения, четырёх глав и заключения, изложенных на 167 страницах, содержит 21 таблицу, 5 приложения, 35 рисунков и библиографический список из 145 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, формулируется цель и задачи исследования, научная новизна, практическая значимость работы.

Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования. Приведена классификация сточных вод. Показано основное отличие стоков пищевых производств от других видов стоков, дано описание современных методов их очистки. Так, например, стоки пищевых предприятий содержат большое количество растворённых органических веществ практически при полном отсутствии неорганических. На рис. 1 представлена схема, демонстрирующая существующие методы очистки. Указано, какие методы применимы для очистки стоков пищевых производств.

Подробно рассмотрен метод аэробной биологической очистки сточных вод. Данный метод позволяет уменьшать содержание органических и азотсодержащих примесей в стоках предприятий спиртовой и ликёроводочной промышленности, характеризуется высокой степенью очистки и широким спектром извлекаемых из стоков органических и азотных соединений.

Рассмотрены существующие способы интенсификации процесса аэробной биологической очистки сточных вод. Способы классифицированы по природе оказываемого воздействия на микробиологические, химические и физические.

Рис. 1. Методы очистки сточных вод. Цветом выделены методы, применяющиеся для очистки стоков пищевых производств.

К микробиологическим способам относятся различные варианты использования модифицированных микроорганизмов активного ила. Показано, что данный способ плохо применим в условиях, когда состав и степень загрязнённости сточных вод не является постоянным во времени. К примеру, для коммунальных стоков характерны суточные колебания состава загрязнений.

Физические способы интенсификации подразумевают оказание какого-либо физического воздействия либо на сточные воды, либо на активный ил. Причём воздействие оказывается либо с целью повышения метаболической активности микроорганизмов активного ила, либо ускорения протекания массообменных процессов в системе «активный ил - сточные воды».

Рассмотрены аппараты, применяемые для интенсификации процесса аэробной биологической очистки сточных вод. К ним относятся различного рода аэраторы, гидродинамические излучатели ультразвука, аппараты с мешалками. На схеме, на рис. 2 показаны основные физические способы интенсификации

Рис. 2. Физические способы интенсификации процесса аэробной биологической очистки сточных вод. Цветом выделены воздействия, которые можно оказать с помощью РАМП.

процесса биологической очистки сточных вод пищевых производств с указанием воздействий, которые можно осуществить с помощью роторного аппарата с модуляцией потока (РАМП). Схема аппарата изображена на рис. 3. Таким образом, показано, что наиболее предпочтительным является использование РАМП для интенсификации процесса очистки, так как данный аппарат позволяет осуществлять комбинированное механическое и акустическое воздействие на обрабатываемую среду, при достаточно малых удельных энергозатратах по сравнению с другими способами.

Глава 2. Анализ процесса биологической очистки сточных вод. В данной главе рассмотрены основные характеристики и закономерно-

Рис. 3. Схема роторного импульсного аппарата

сти процесса аэробной биологической очистки сточных вод.

Показаны основные факторы среды, оказывающие влияние на метаболическую активность микроорганизмов активного ила. К ним относятся: состав и концентрация органического субстрата в стоках, температура и рН стоков, концентрация растворённого кислорода и д.п.

Указана важность скорости протекания массообменных процессов при биологической очистке стоков. Во многих случаях диффузионный перенос органического вещества к поверхности бактериальной клетки накладывает ограничение на скорость биологического окисления. Это связано с тем, что биохимическое окисление представляет собой в основном внутриклеточный процесс.

Процесс полной биологической очистки можно разделить на три стадии. Показано, что на первой стадии происходит массопередача загрязнений и перенос веществ через цитоплазматическую мембрану клетки, что в совокупности составляет процесс изъятия. На первой же стадии начинается процесс окисления наиболее легко разлагающейся органики. Содержание органических загрязняющих веществ, характеризуемых показателем БПК5, снижается на 5060%.

На второй стадии полной биологической очистки продолжается сорбция загрязняющих веществ и идёт их активное окисление экзоферментами. К окончанию второй стадии экзоферментами окисляется до 75% органических загрязняющих веществ, характеризуемых показателем БПК5.

На третьей стадии очистки происходит окисление загрязняющих веществ эндоферментами (внутри клетки), доокисление сложноокисляемых соединений, превращение азота аммонийных солей в нитриты и нитраты, регенерация активного ила. Именно на стадии внутриклеточного питания активного ила происходит образование полисахаридного геля, выделяемого бактериальными клетками, и, как следствие, интенсифицируется процесс флокуляции активного ила.

Показано, что флокуляция хлопьев, а следовательно, эффективность очистки, зависит от характеристик поступающих сточных вод, условий ведения технологического процесса очистки и от гидродинамической обстановки в аэро-тенке.

Для разработки эффективного способа интенсификации процесса биологической очистки автором был произведён анализ существующих математических моделей процесса аэробной биологической очистки сточных вод. В связи со сложностью изучаемого многокомпонентного процесса математические модели допускают приближённый характер определённых зависимостей, хотя они и учитывают особенности роста и размножения микроорганизмов, активность ферментов, старение и действие ингибиторов.

Показано, что все математические модели можно условно разделить на две группы: не учитывающие и учитывающие влияние концентрации биомассы на скорость биологического окисления. К первому типу относятся модели, описываемые уравнениями типа:

f-ЛЧ. 0)

f.Mc.«-c)+f, и

где L - концентрация органического субстрата, С - концентрация растворённого в воде кислорода, Снас - равновесная концентрация растворённого кислорода, b - коэффициент реаэрации.

Введение дополнительной переменной - концентрации микроорганизмов -приводит к моделям второй группы. Модели второго типа описываются системой из трёх уравнений, включающей в себя уравнение (3) и:

§=дад. о)

где Х- концентрация микроорганизмов.

Классической моделью процесса биологического окисления, относящейся ко второй группе, является модель, предложенная Моно. При отсутствии ингибиторов роста и в условиях хорошего перемешивания скорость роста биомассы

будет пропорциональна концентрации бактерий X:

?-"*• <5>

Связь между удельной скоростью роста ц и концентрацией органического субстрата в модели Моно:

где цм - максимальное значение удельной скорости роста, KL - константа полунасыщения по органическому субстрату.

Изменение концентрации органического субстрата (скорость реакции) определяется уравнением

dL _ /л„ХЬ

dt Y(Kl + L) ' <-7)

где У- экономический коэффициент.

Существуют также модификации формулы Моно с учётом ингибирующего влияния больших концентраций субстрата, торможения роста микроорганизмов продуктами обмена, выделяющимися в окружающую среду, возрастной неоднородности бактериальной культуры. Кроме того, существуют модели, учитывающие задержку роста микроорганизмов (лаг-фазу), влияние концентрации субстрата на скорость отмирания бактерий. В работе рассматриваются модели Герберта, Кэнейла, Ленгмюра, Иерусалимского и др. Также в работе рассматривается модель активного ила (ASM) разработанная в 1987 г International Water Association (IWA). Данная математическая модель учитывала процессы по-

требления органического субстрата активным илом, нитрификацию и денитри-фикацию.

Недостатком всех вышеперечисленных моделей является отсутствие учёта закономерностей массопереноса в системе «активный ил — стоки», что не позволяет в полной мере описать процесс аэробной биологической очистки, происходящий в аэротенках очистных сооружений.

В работе также рассмотрены модели, учитывающие массоперенос. Такие модели получили название диффузионных. К ним относятся модели, предложенные В.А. Вавилиным. Эффективность очистки в таких моделях определяется скоростью окисления органических веществ микроорганизмами, входящими в состав активного ила, которая зависит от скорости доставки органического вещества к поверхности бактериальных клеток. Доставка осуществляется с помощью механизмов молекулярной и конвективной диффузии.

В.А. Вавилин предлагает уравнение для описания процесса переработки органического вещества флокулами активного ила в этой области:

щ м к )

где Дг - оператор Лапласа в сферической системе координат; рс - плотность сухой биомассы в частице ила; Д- - коэффициент молекулярной диффузии вещества внутри хлопьев.

К недостаткам рассмотренных диффузионных моделей можно отнести их стационарный характер. Применяя данные модели, невозможно получить временную зависимость скорости очистки от параметров процесса. Остаётся неизвестной динамика распределения субстрата внутри флокул активного ила.

Для устранения данного недостатка диффузионных моделей, автором предложена ячеечная диффузионная модель процесса аэробной биологической очистки сточных вод, описывающая также и процесс нитрификации стоков, Суть ячеечной модели состоит в следующем: при рассмотрении динамики процесса биологической очистки, производимого хлопьями ила можно выделить две стадии:

- диффузионный перенос органических веществ к поверхности хлопьев;

- диффузионный перенос органических веществ внутри хлопьев к поверхности бактериальных клеток.

Рассматривается элементарная ячейка, состоящая из частицы ила сферической формы радиусом пограничного слоя радиусом Я2 и объёма сточных вод радиусом Д3. Элементарная ячейка изображена на рис. 4.

При разработке ячеечной математиче- Рис. 4. Элементарная

ской модели исходили из следующих ячейка

„ dL 2 д% 8r Br1

fJj,(t> 0,0</■</?,)> (9)

предпосылок:

1) коэффициенты диффузии считаем постоянными на протяжении всего процесса;

2) вне пограничного слоя градиент концентрации отсутствует ввиду активного перемешивания.

Процесс поглощения и переработки флокулой органического субстрата можно описать уравнением нестационарной диффузии, которое в сферической системе координат имеет вид:

дЦ =Р/ 8t ~ г2 ,

где ¿i - массовая концентрация органического субстрата внутри флокулы, D¡ -коэффициент молекулярной диффузии органического вещества внутри флокулы, г - радиальная координата.

Величина ¡л— представляет собой скорость потребления органического субстрата в объёме флокулы в соответствии с моделью Моно, причём

где Ki - константа полунасыщения по субстрату, A'i - массовая концентрация аммония в стоках, KL N - константа полунасыщения по аммонию для процесса потребления органического субстрата.

Процесс нитрификации, происходящий во флокулах, также можно описать уравнением нестационарной диффузии:

алг, din dN, 2д2n,

—L =—-г- 2 г—- + г —г1

8t г2 дг дг2

"Mn >(' > 0,0 < г < 7?!), (П)

где D| ,v - коэффициент молекулярной диффузии азота внутри флокулы, XN -концентрация автотрофной биомассы во флокуле.

Величина /jn — представляет собой скорость потребления аммония в объёме флокулы в соответствии с моделью Моно, причём

где ¡iNm - максимальное значение скорости потребления

аммония, А'у — константа полунасыщения по аммонию.

Влияние концентрации растворённого кислорода на скорости потребления органики и азот-аммонийной группы можно учесть, добавив в уравнения (9) и

(11) множитель-——, где С02 - концентрация растворённого кислорода в

0>2 + к02

сточной воде, К02 - константа полунасыщения по кислороду. При этом необходимо будет учесть скорость процесса диффузии кислорода внутрь флокулы.

В пограничном слое происходит молекулярная диффузия органического субстрата и аммония к поверхности флокулы. Соответствующие уравнения молекулярной диффузии имеют вид:

дЬ2 _ Р2

"аГ"^

„ дЬ? 2 2 г—^ + г2-^1-

8г дг

5/ г2 I дг дг2

,(<>0 ,Щ<г<Я2), (13)

, (?>0,Щ<г <Д2), (14)

где Э2, - коэффициенты молекулярной диффузии органического вещества и азота в пограничном слое, Ь2, N2 - массовая концентрация органического субстрата и аммония в пограничном слое.

Граничные и начальные условия для уравнений (9), (11), (13) и (14) примем в виде:

аф2) ¿N¿1},)_ аыМ

и\--- и2--' и\,Ы-1--2,ЛР--»

аг аг аг аг

ф)=0,1^(0)= ьр, ьр,

ЛГ,(0)=0,ЛГ2(0)=^,

Уравнения (9)—(14), при использовании граничных условий (15), позволяют рассчитать профиль концентрации органического субстрата внутри ячейки в любой момент времени и определить количество потреблённого флокулой органического субстрата и аммония.

Для анализа математической модели осуществлена её программная реализация на ЭВМ. Дифференциальные уравнения модели решались методом конечных разностей с использованием конечно-разностных аппроксимаций производных. Как показали результаты численного моделирования, итерационный процесс устойчивый.

Проведён анализ математической модели, позволяющий установить её корректность. Показано (табл. 1), что результаты расчётов с применением ячеечной модели находятся в согласии с данными, полученными при очистке сточных вод на очистных сооружениях канализации г. Златоуста.

Таблица 1

Результаты расчётов процесса очистки

Наименование Концентрация органического субстрата, мг БПКго/дм"1

До очистки 42,4 31,6 66,5 61,9 52,1 59,0

После очистки 4,4 4,9 5,3 3,8 3,3 3,4

Расчётное значение концентрации, мг БПКго/дм3 4,7 4,7 5,5 4,6 3,9 4,4

Относительная ошибка определения степени очистки, % 0,7 0,6 0,3 1,3 1,2 1,7

С помощью ячеечной модели изучено влияние различных параметров процесса очистки на её результат. Показано, что величина флокул активного ила и толщина пограничного слоя вокруг флокулы влияют на скорость массопереноса при процессе биологической очистки сточных вод (рис. 5). Установлено, что увеличение размера флокул приводит к замедлению темпов очистки. Показано, что увеличение толщины пограничного слоя приводит к ухудшению степени очистки (рис. 6). При этом, наиболее чувствительным к толщине пограничного слоя является процесс очистки концентрированных стоков.

Продолжительность очистки, мин

Рис. 6. Зависимость степени очистки от толщины пограничного слоя: 1 -1*2=110 мкм; 2 -1*2=120 мкм; 3 -1*2=130 мкм; 4-1*2=140 мкм; 5 -1*2=150 мкм

Продолжительность очистки, мин Рис. 5. Зависимость степени очистки от размера флокул: 1 - /?1=50 мкм; 2 - /?1=75 мкм; 3 - /?1=100 мкм; 4- «1=150 мкм; 5 - /?1=200 мкм; 6-#1=250 мкм

Также в работе рассмотрено влияние концентрации аммонийного азота (ЫН3) на потребление органического субстрата. Показано, что уменьшение содержания азота в стоках приводит к ухудшению очистки.

Решение уравнений ячеечной модели позволяет определить распределение концентрации сорбируемого субстрата внутри частицы в различные моменты времени.

Пример полученного распределения концентрации в зависимости от времени представлен на рис. 7.

Глава 3. Экспериментальные исследования.

В главе рассматриваются принцип действия роторного аппарата, описываются эксперименты, проведённые автором Радиальная координата г, мкм для проверки сделанных предположений, приводится мегоди- /ис' 7 Распределение сорбированного г субстрата внутри флокулы в различные моменты времени <1 < Гг < < и <'5

ка проведения экспериментальных исследований.

В работе было произведено теоретическое исследование спектра импульсов переменного давления, возникающих в модуляторе роторного аппарата. Задачей являлся спектральный анализ импульсов переменного давления жидкости в патрубке модулятора. От спектрального состава импульсов давления зависит распределение энергии акустического поля по частотам колебаний, а следовательно, и возможность диспергирования флокул активного ила до определённого размера.

Степень перекрывания отверстия диафрагмы характеризуется глубиной мо-S — S

дуляции т = —-; Где So - площадь поперечного сечения канала статора,

Smi„ - площадь радиального сечения зазора между ротором и статором.

Показано, что чем больше глубина модуляции (т —> 1) и меньше критерий г и

гомохронности Но = — , где /„ - время истечения жидкости через модулятор

РАМП, и - установившаяся скорость истечения, I - длина модулятора (критерий, характеризующий нестационарность течения жидкости в модуляторе роторного аппарата), тем острее форма импульсов ускорения, у импульсов скорости наблюдаются пологий подъем и крутой спад. Следовательно, импульсы переменного давления p(t) имеют далеко не синусоидальную форму, и соответственно. в акустическом поле РАМП должно присутствовать большое число гармоник.

Для уточнения данного предположения был рассмотрен спектральный состав импульсов переменного давления с помощью преобразования Фурье.

Уменьшение критерия гомохронности приводит к возрастанию доли обертонов в частотном спектре импульсов переменного давления (рис.8).

П II - 1ПП"------Г1«ш

...

":.: Е -----П П 1 1 П I- 1 > п . . . , •...... ..—---—

Л-TL

Hi - |1ГЕГтГпппппп„„о'—

Щ .:■• = .' = - П П Г|!1П11п„ „..-

Рис. 8. Спектральные характеристики импульсов ускорения: а - Но = 0,05; m = 0,99; б-Но =0,5; га = 0,99; в - Но = 0,05; m = 0,9; г-Но = 0,5; га = 0,9

Энергия акустического поля распределяется на большее число гармоник. Но данный эффект имеет место только при достаточно глубокой модуляции (т = 0,99). При уменьшении глубины модуляции доля обертонов в частотном спектре импульсов снижается и перестаёт сильно зависеть от значения критерия го-мохронности.

Так как форма импульсов ускорения определяет форму импульсов акустического давления в аппарате, то, подбирая значения критерия гомохронности и глубины модуляции площади соответствующим образом, можно получить акустическое поле с заданным распределением энергии по частотам.

Вид распределения будет определяться технологическими параметрами процесса диспергирования и физическими характеристиками обрабатываемой среды, такими как вязкость, плотность, упругость.

Экспериментальные исследования проводились на очистных сооружениях ч Златоустовского ликёроводочного завода и очистных сооружениях канализации (ОСК) г. Златоуста Челябинской области с целью установления степени адекватности построенной во второй главе математической модели и сделанных на её основе предположений реальному процессу биологической очистки сточных вод с помощью активного ила.

В ходе экспериментов изучалась зависимость степени очистки сточных вод от органических загрязнений от одной переменной, например размера флокул активного ила, при фиксированных значениях остальных параметров.

Эксперименты проводились на установке, схематически изображённой на рис. 9.

Рис. 9. Структурная схема экспериментальной установки

Она включала в себя гидродинамический аппарат 4 типа РАМП, устройства для подачи жидкости, регулирования и измерения расхода и статического давления: насос 1, дроссель постоянного расхода 2, датчик расхода турбинного типа 6, манометры 3 и 5, ёмкость для обрабатываемой среды 7. Вращение ротора аппарата осуществлялось двигателем постоянного тока. Угловая скорость вращения ротора определялась с помощью стробоскопического тахометра.

Для измерения концентрации растворенного кислорода в обрабатываемой жидкости использовался амперометрический датчик Кларка мембранного типа с регистрирующим устройством.

Точность измерительных приборов составляла: для измерения расхода -2,5%, статического давления - 1,5 %, угловой скорости ротора - 0,5-1,5%, кон-

центрации растворенного кислорода - 0,1%, Величина зазора измерялась при помощи стрелочного индикатора с абсолютной погрешностью ± 0,01 мм.

Обрабатываемая среда вводилась в аппарат при вращающемся роторе. Под действием разности давлений среда втягивалась в полость ротора и выбрасывалась в камеру статора через патрубки ротора и статора, образующих модулятор. Из камеры статора смесь по трубопроводу поступала в приёмную ёмкость.

Для изучения возможности диспергирования флокул активного ила обработка ило-водяной суспензии проводилась в один проход. При этом в процессе обработки на среду оказывалось многофакторное воздействие, заключающееся в турбулентном перемешивании, воздействии ударных импульсов давления, возникающих в патрубке модулятора и ударно-кавитационных импульсов. Частота вращения ротора плавно регулировалась в пределах от 600 до 1200 об/мин. Расход через аппарат изменялся от 0,1 до 0,17 дм /с (от 0,36 до 0,61 м3/ч).

Для изучения степени воздействия, оказываемого РАМП на активный ил, обработка производилась при различных значениях расхода через аппарат.

В ходе экспериментов изучалась зависимость исследуемой величины (степени очистки сточных вод от органических загрязнений) от одной переменной, например, размера флокул активного ила, при фиксированных значениях остальных параметров.

Показано, что обработка ила в РАМП повышает содержание растворённого кислорода по отношению к исходной пробе на 5,5% и 16,7% соответственно. Для более подробного рассмотрения вопроса о повышении содержания растворённого кислорода в обработанной ило-водяной суспензии и длительности поддержания высоких значений концентрации растворенного кислорода в жидкой среде были проведены дополнительные эксперименты.

Было показано, что падение величины концентрации растворённого кислорода в обработанной среде составило около 2,5 % за 30 минут.

Из литературы известно, что дыхательная активность является интегральной характеристикой интенсивности метаболических процессов аэробных микроорганизмов и, следовательно, может отражать содержание жизнеспособных клеток в популяции. С этой целью регистрируют скорость потребления кислорода растущей культурой или определяют количество выделяемого углекислого газа. Поэтому, с целью проверки жизнеспособности микроорганизмов, обработанных в роторном аппарате, применялась модельная жидкость, представляющая собой суспензию дрожжей в воде (с концентрацией дрожжей порядка 0,1 кг/дм3). Суспензия подвергалась однократной обработке в РАМП при частоте вращения ротора 1420 об/мин. Во время исследований осуществлялась принудительная подача воздуха в гидравлический тракт на входе аппарата с помощью воздушного компрессора через шланг диаметром 5 мм. Концентрация растворённого кислорода в обработанной суспензии измерялась амперометриче-ским сенсором мембранного типа (датчик Кларка). Показано, что обработка позволила довести концентрацию растворённого кислорода до 80% при первоначальном значении около 60%. При этом наблюдалось экспоненциальное паде-

ние концентрации растворённого кислорода в дрожжевой суспензии, что согласуется с моделью потребления кислорода микроорганизмами.

Методами микробиологического анализа показано, что возможно подобрать такую интенсивность гидроакустического воздействия на активный ил, при котором происходит диспергирование флокул активного ила до заданного размера, но не нарушается биологическая активность ила и не изменяется видовое разнообразие его микроорганизмов.

Глава 4. Разработка способа интенсификации массообменных процессов при биологической очистке на очистных сооружениях ликёроводочно-го завода. В данной главе разрабатывается метод интенсификации массообменных процессов при биологической очистке стоков ликёроводочного завода на примере очистных сооружений Златоустовского ликёроводочного завода (ЗЛВЗ). Приводится краткое техническое описание очистных сооружений ЗЛВЗ. На основе исследований, проведённых в главах 2 и 3, разрабатываются исходные данные для составления технического задания на реконструкцию ОСК с целью интенсификации процесса очистки. Предлагается способ установки роторного аппарата в тракт возвратного ила, позволяющий производить обработку, как всего объёма возвратного ила, так и его части (рис. 10).

а)

Трубопровод возвратного ила

Из вторичного

В аэротенк -1 У*-1 Н- отстойника

о-О-

Роторный аппарат ----

Резервуар возвратного ила

В аэротенк

Трубопровод возвратного ила

Из вторичного отстойника

Резервуар возвратного ила

Роторный аппарат

Рис. 10. Схема установки роторного аппарата в системе сооружений биологической очистки: а - при обработке всего объёма возвратного ила; б - при обработке части объёма возвратного ила

При помощи ячеечной математической модели процесса биологического окисления, описанной в главе 2, выполнен расчёт степени интенсификации массообменных процессов при биологической очистке Си при обработке раз-

личной доли объёма возвратного активного ила в роторном аппарате. Понятие степени интенсификации введено для количественной оценки эффекта интенсификации и рассчитывается по формуле

г -Ьк. с\с\

^и ~ г > V1".'

А'с

где Ьк - концентрация органических загрязнений в сточной воде после процесса биологической очистки, проводимого с использованием обработанного в роторном аппарате возвратного активного ила; Ьк - концентрация органических загрязнений в сточной воде после процесса биологической очистки проводимого без использования обработки возвратного активного ила.

Результаты расчётов приведены в табл. 2.

Таблица 2

Результаты расчётов степени интенсификации процесса биологической очистки за счёт обработки возвратного ила

Обработанный возвратный ил, % 3 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Степень интенсификации (Си) 1,3 1,4 1,5 1,69 1,80 1,86 1,94 2,01 2,03 2,08 2,05

Из расчётов следует, что степень интенсификации зависит от доли обработанного ила нелинейно, стремится к насыщению.

В главе произведена оценка энергетических затрат на интенсификацию мас-сообменных процессов при биологической очистке сточных вод. Отмечено, что мощность в роторном аппарате расходуется в основном на преодоление вязких сил трения, возникающих при перемещении жидкости, на создание импульсов звукового давления, на создание и развитие кавитации.

Так как при обработке активного ила роторный аппарат работает в докави-тационном режиме, то мощность, расходуемая на обработку, рассчитывается по формуле

N = N„ + N„¡, + N3, (17)

где Ми~ мощность импульсов звукового давления; Ивр - мощность, расходуемая на сообщение кинетической энергии жидкости в полости ротора; Ы3-мощность, развиваемая в зазоре роторного аппарата.

Используется методика расчёта мощности, предложенная Промтовым М.А.

Результаты расчёта мощности приведены в табл. 3.

Табл. 3 показывает, что при увеличении объёма обрабатываемого возвратного ила мощность, затрачиваемая на обработку, также увеличивается. Причём, уже при обработке 20% от объёмного расхода возвратного ила, затраты мощности достигают 20% от суммарных энергозатрат ОСК на биологическую очистку на очистных сооружениях канализации г. Златоуста.

Таблица .3

Мощность, требуемая для обработки возвратного активного ила

Наменование Величина

Количество обрабатываемого ила 1 С п 1 Г\ 1 С лл

(от его объёмного расхода), %

Мощность, кВт 1 2 3 18 39 60

Мощность, от суммарных энергоза- <1 «1 »2 »6 и 10 «20

трат на биологическую очистку, %

Для выбора оптимального значения объёма возвратного ила, который необходимо подвергать обработке в роторном аппарате, вводятся понятия коэффициента полезности обработки

бобр

кл = аси'

и коэффициента использования мощности

Тг -Ов-

Км ~

(23)

(24)

где 0,обР - объёмный расход возвратного ила, обработанного в роторном аппарате; Qi - объёмный расход возвратного активного ила; N - мощность, расходуемая на обработку возвратного активного ила, кВт.

Результаты расчёта величин ки и км представлены на рис. 11, откуда видно, что увеличение доли обработанного объёма возвратного активного ила приводит к возрастанию степени интенсификации, но одновременно с этим возрастают энергозатраты на обработку. Рациональной является обработка небольшого количества возвратного ила, около 3-5 % от всего объёма возвратного ила.

В главе приведены конструктивные параметры роторного аппарата, рассчитанного на объёмный расход, соответствующий обработке 3% объемного расхода возвратного ила на очистных сооружениях ЗЛВЗ. Приведён подробный расчёт мощности, затрачиваемой на обработку 3% возвратного активного ила, что составляет около 0,01 м3/с.

Показано, для обработки 3% от общего количества возвратного активного ила, с учётом коэффициента полезного действия роторного аппарата, необходимо затратить мощность около 2 кВт. При этом массообменные процессы при

0,20

0,05 0,1 0,15

Доля обработанного ила Рис. 11. Зависимость коэффициентов кц и км от доли обработанного возвратного ила

биологической очистке, согласно расчётам, интенсифицируется в 1,3 раза. Это позволяет уменьшить размеры аэротенка без ухудшения качества и скорости очистки. Очевидно, что затраты мощности на интенсификацию, составляющие менее 1% от суммарной мощности, не внесут больших изменений в энергозатраты очистных сооружений, так как ошибка в определении суммарной мощности составляет 1%, а предполагаемый эффект дополнительных энергозатрат достаточно велик.

Если учесть предлагаемый метод интенсификации массообменных процессов при биологической очистке сточных вод при проектировании очистных сооружений, то можно существенно сократить капитальные расходы на строительство дополнительных очистных сооружений при незначительном приросте потребляемой сооружениями мощности. Это может быть обеспечено за счёт уменьшения размеров аэротенков, при сохранении объёма очищаемых стоков и улучшении качества очистки.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Решена актуальная задача разработки способа интенсификации массообменных процессов при биологической очистке сточных вод активным илом. Способ характеризуется высокой эффективностью и может быть использован при реконструкции очистных сооружений для стоков пищевых производств и коммунальных стоков для обеспечения повышения качества и скорости очистки при небольших финансовых затратах.

В теоретической части работы:

1) проведён анализ существующих способов интенсификации массообменных процессов при биологической очистке сточных вод;

2) проанализированы существующие математические модели процесса биологической очистки, выявлены их достоинства и недостатки;

3) разработана ячеечная модель массообменных процесса при биологической очистки сточных вод флокулами активного ила, позволяющая изучать этот процесс в динамике;

4) выполнен анализ разработанной модели. Показано, что одним из рациональных способов интенсификации массообменных процессов при биологической очистки является увеличение дисперсности флокул и повышение метаболической активности микроорганизмов активного ила с помощью роторного аппарата с модуляцией потока;

5) произведён анализ спектра импульсов давления в модуляторе аппарата. Показано, что при достаточно глубокой модуляции в спектре импульсов присутствует большое число обертонов, причём энергия импульсов распределяется между ними практически равномерно. Следовательно, подбирая значения критерия гомохронности и глубины модуляции соответствующим образом, можно получить акустическое поле с заданным распределением энергии по частотам, что позволит диспергировать флокулы активного ила до необходимых размеров.

В экспериментальной части работы:

1) собрана экспериментальная установка и разработана методика экспериментов, позволяющих установить правильность предположений, выдвинутых при теоретическом анализе процесса биологической очистки сточных вод;

2) эксперименты подтвердили эффективность предложенного метода интенсификации массообменных процессов при биологической очистке сточных вод;

3) составлены исходные данные для разработки технического задания на реконструкцию очистных сооружений канализации с учётом предложенного метода интенсификации;

4) произведён расчёт затрат мощности на интенсификацию массообменных процессов при биологической очистке сточных вод.

Основные выводы по диссертационной работе

¡.Интенсификацию массообменных процессов при биологической Очистке сточных вод возможно производить с помощью роторного аппарата с модуляцией потока.

2. Большинство существующих математических моделей процесса биологической очистки сточных вод не позволяют изучать динамику массообменных процессов при очистке флокулирующим активным илом. Разработанная ячеечная модель позволяет изучать динамику процесса и является теоретической основой для разработки способа интенсификации массообменных процессов при биологической очистке сточных вод с помощью роторного аппарата с модуляцией потока.

3. Предложенный способ интенсификации массообменных процессов при биологической очистке позволяет воздействовать на характеристики активного ила, влияющие на скорость протекания процесса очистки.

4. Использование предложенного способа интенсификации массообменных процессов при биологической очистке при разработке технического задания на реконструкцию очистных сооружений канализации позволит уменьшить объём капитальных и эксплуатационных затрат при сохранении качества очистки стоков.

По теме диссертации опубликованы следующие научные работы

1. Маршалов, О.В. Повышение эффективности очистки с/х стоков от органических загрязнений / О.В. Маршалов, В.И. Биглер, Е.А. Строев // Научные труды XI Международной научно-практической конференции «Стратегия развития пищевой промышленности». - М.: МГУ ТУ, 2005. - Т.2. -Вып. 10.-С. 9-12.

2. Маршалов, О.В. Исследование возможностей интенсификации биологической очистки сточных вод с помощью РАМП / О.В. Маршалов, В.И. Биглер, В.Ф. Юдаев // Научные труды XII Международной научно-практической конференции «Стратегия развития пищевой промышленности». -М.:МГУТУ, 2006. - Т.2. - Вып. 11. - С. 373-375.

3. Маршалов, O.B. Спектральный состав импульсов давления в модуляторе с треугольной модуляцией площади его проходного сечения / О.В. Маршалов,

B.Ф. Юдаев, В.И. Биглер // Известия вузов. Машиностроение. - 2007. - № 12. -

C. 37-42.

4. Маршалов, О.В. Ячеечная модель для расчёта процесса биологической окисления органических загрязнений / О.В. Маршалов, В.Ф. Юдаев /'/' Научные труды XIII Международной научно-практической конференции «Стратегия развития пищевой промышленности». - М.:МГУТУ, 2007. - Т.2. - Вып. 12. - С. 160-163.

5. Юдаев, В.Ф. Ячеечная модель поглощения субстрата флокулами активного ила / В.Ф. Юдаев, О.В. Маршалов, В.И. Биглер // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2007. - № 11. - С. 47 - 49.

6. Маршалов, О.В. Математическое моделирование процесса биологической очистки сточных вод флокулирующим активным илом / О.В. Маршалов // Тезисы V Международной конференции «Математическое моделирование в образовании, науке и производстве - 2007». - Тирасполь: Изд-во Приднестровского ун-та, 2007 г. - С. 242-243.

7. Юдаев, В.Ф. Математическая модель оценки эффективности мероприятий по интенсификации биологической очистки сточных вод / В.Ф. Юдаев, О.В. Маршалов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. -2008,-№4.-С. 78-82.

8. Юдаев, В.Ф. Моделирование биопроцесса очистки сточных вод при обработке их доли в роторном аппарате / В.Ф. Юдаев, Ю.Р. Абибукерова, Е.М. Родионова, О.В. Маршалов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2008. - № 9. - С. 70-71.

9. Маршалов, О.В. Численный расчёт процесса массопереноса органических веществ в бактериальных флокулах / О.В. Маршалов, В.И. Биглер // Материалы всероссийской научной конференции молодых учёных в 7 томах. Часть 1 - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2009 г. - С. 113-114.

10. Маршалов, О.В. Отличие способа аэрирования жидкости при помощи роторного аппарата от барботирования / О.В. Маршалов, В.Ф. Юдаев // Сборник трудов международного научно-практического форума «Стратегия 2020: Интеграционные процессы образования, науки и бизнеса как основа инновационного развития аквакультуры в России». - М.: ЦСКП ISBN 5-95320358-6,2009 г.-С. 133-134.

По результатам разработок получен патент РФ:

11. Патент РФ RU 2388705 С2 опубл. 10.05.2010 Бюл. № 13 Способ интенсификации процесса биологической очистки сточных вод / О.В. Маршалов, В.Ф. Юдаев, В.И. Биглер; заявл. 18.10.2007.

Отпечатано в типографии ООО "Франтера" Подписано к печати 25.04.2011г. Формат 60x84/16. Бумага "Офсетная №1" 80г/м2. Печать трафаретная. Усл.печ.л. 1,50. Тираж 100. Заказ 425.

www.frantera.ru

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Маршалов, Олег Викторович

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования.

1.1. Очистка сточных вод.

1.1.1. Классификация сточных вод.

1.1.2. Методы очистки.

1.1.3. Аэробная биологическая очистка сточных вод.

1.2. Способы интенсификации процесса аэробной биологической

I I ' очистки.

1.2.1. Микробиологические способы интенсификации очистки.

1.2.2. Физические способы интенсификации очистки.

1.2.3. Химические способы интенсификации очистки.

1.3. Аппараты, применяемые для интенсификации процесса аэробной биологической очистки.

1.3.1. Аэраторы.

1.3.2. Излучатели ультразвука.

1.3.3. Мешалки.

1.4. Применение роторных аппаратов для интенсификации массооб-менных процессов при аэробной биологической очистки сточных вод.

Глава 2. Анализ процесса биологической очистки сточных вод.

2.1. Основные характеристики и закономерности процесса биологической очистки.

2.1.1. Стадии биологической очистки.

2.1.2. Режимы работы активного ила.

2.1.3. Закономерности роста бактериальных культур активного ила

2.1.4. Процесс флокуляции активного ила.

2.1.5. Роль простейших в процессе биологической очистки.

2.2. Анализ математических моделей процесса биологической очистки сточных

2.2. Г. Виды математических моделей.

2.2.2. Модель активного ила;.

2;2.3; Диффузионные модели.—.1.

2.2.4; Очистка дисперсными бактериями.14х;

2.3. Ячеечная модель массообменных процессов ири биологической очистке . —.

2:4. Программная реализация ячеечной модели.

2.5. Анализ ячеечной модели массообменных процессов.

Глава 3. Экспериментальные исследования.;.

3.1. Роторный аппарат и принцип его действия.

3.2: Исследование спектра импульсов давления в модуляторе ротор ного аппарата.

3.3. Экспериментальная установка и методики измерений.

3.4. Экспериментальные исследования влияния обработки в РАМП на характеристики активного ила.

3.4.1. Определение концентрации растворённого кислорода.

3.4.2. Гидробиологический анализ.

3.4.3. Микробиологическое исследование активного ила.

Глава 4. Разработка способа интенсификации массообменных процессов при биологической очистке на очистных сооружениях ликёроводочного завода.

4.1. Об очистных сооружения канализации Златоустовского J1B3.

4.2. Исходные данные для составления технического задания на реконструкцию очистных сооружений

4.3. Оценка энергетических затрат на интенсификацию массообменных процессов при биологической очистке.

Введение 2011 год, диссертация по технологии продовольственных продуктов, Маршалов, Олег Викторович

Интенсивное воздействие человека на природу привело к такому загрязнению водных ресурсов планеты, что. историческая Конференция ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992 г.) назвала эту проблему глобальной и требующей безотлагательного решения на пути «устойчивого развития» мирового сообщества.

Значительное количество воды расходуется для потребностей животноводства, пищевой промышленности, а также на бытовые потребности населения. Много воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, черная и цветная металлургия. Развитие энергетики также приводит к резкому увеличению потребности в воде. Большая часть воды после ее использования для хозяйственно-бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод. Общеизвестно, что недостаточно очищенные сточные воды, попадая в реки и озера, в.питьевую воду, могут вызвать такие заболевания« как: дизентерия; сальмонеллез, полиомиелит, инфекционный гепатит и др. Очистка, таких стоков является одной из; приоритетных задач на? пути улучшенияеэкологическошситуации в России:;

Возникает необходимость в нахождении способа: интенсификации процессов очистки сточных вод;, проводимых на очистных сооружениях промышленных предприятий; в том числе, и предприятий пищёвой промышленг ности, не требующего серьёзных капитальных затрат и позволяющего повысить качество очистки стоков. В результате станет возможным осуществлять работу предприятий по замкнутому водному циклу.

Выбор направления исследований

Все известные современные; способы интенсификации процессов аэробной биологической очистки; сточных вод можно классифицировать по характ теру воздействия на процесс очистки следующим образом: микробиологические, химические; физические. Перечисленные способы позволяют воздействовать на-различные;параметры процесса очистки с целью увеличения скорости по гребления загрязнений биомассой.

Микробиологические способы основаны на использовании модифицированных микроорганизмов активного ила, специально приспособленных для окисления« определённых органических веществ: Эти способы хорошо подходят для очистки стоков постоянного состава; с преобладанием одного типа органических, загрязнений; Таковы стоки пищевых производств, сельскохозяйственных предприятий, нефтеперерабатывающих комбинатов, целлюлозно-бумажных комбинатов и др. Однако микробиологические способы не позволяют своевременно реагировать на изменение состава стоков, что ограничивает их использование при очистке стоков; состав которых изменяется со временем.

Химические способы интенсификации основаны на использовании; химических веществ для флокуляции бактерий активного ила.

Физические способы интенсификации подразумевают оказание физического воздействия либо на сточные воды, либо на активный ил. К первому типу можно отнести, например, улучшение аэрации смеси сточной воды с ' илом в аэротенке, изменение гидродинамической обстановки в реакторе для улучшения перемешивания и др. Ко второму типу можно отнести^ способы, основанные на различных методах физического воздействия на микроорганизмы активного-ила с целью повышения их метаболической активности, улучшения седиментационных свойств хлопка ила и т.д.

Цель и задачи исследования

Целью диссертационной работы «Интенсификация массообменных процессов при биологической очистке сточных вод» является разработка способа интенсификации массообменных процессов при аэробной биологической очистке сточных вод пищевых производств от органических загрязнений'на основе математической модели массообменных процессов при биологической очистке сточных вод активным илом.

В соответствии с поставленной целью основными задачами исследования являются:

- анализ процессов, происходящих при аэробной биологической очистке сточных вод пищевых производств;

- экспериментальная проверка соответствия, разработанной математической, моделщ реальному ходу процесса; аэробной биологической очистки сточных вод; :

- экспериментальная проверка возможности интенсификации массообменных процессов при аэробной биологической; очистке сточных вод с помощью роторного аппарата;

- выработка рекомендаций по применению роторных аппаратов на конкретных очистных сооружениях.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые получены следующие научные результаты:

- предложен способ, интенсификации массообменных процессов при аэробной биологической очистке сточных вод пищевых производств;

- разработана, математическая модель в виде системы дифференциальных уравнений, описывающих динамику массообменных процессов при аэробной биологической очистке сточных вод пищевых производств;

- проведены теоретические исследования зависимости спектрального состава импульсов, переменного давления в роторном аппарате с модуляцией потока (РАМП) от глубины модуляции площади проходного сечения модулятора РАМП, объёмного расхода и величины критерия гомохронности;

- проведена экспериментальная проверка степени механического и- акустического воздействия на жизнеспособность микроорганизмов* активного ила;

- получены экспериментальные зависимости концентрации.растворённого кислорода.в сточных водах от режима работы РАМП;

Основные положения, выносимые на защиту:

- новый способ» интенсификации массообменных процессов-при биологической очистки сточных вод;

- новые результаты спектрального анализа импульсов переменного давления в аппарате;

- способ растворения кислорода в смеси активного ила и сточной воды;

Практическая значимость работы:

- разработан метод расчёта эффективности биологической очистки сточных вод флокулирующим илом;

Реализация результатов работы

Результаты диссертационной работы учитываются при решении конструкторских задач, направленных на интенсификацию процесса очистки 9 сточных вод от органических загрязнений на очистных сооружениях с применением аэротенков Открытым акционерным обществом Уральский инсти--тут проектирования промышленных предприятий «Уралпромпроект». Автором получено заключение Федерального государственного унитарного предприятия «РОССПИРТПРОМ» филиал «Златоустовский ликероводочный завод» о применимости разработанного способа интенсификации массообмен-ных процессов в технологическом процессе очистки сточных вод ликерово-дочного производства. Разработанная автором математическая модель мас-сообменных процессов при аэробной биологической очистке сточных вод, а также её программная реализация были проверены на очистных сооружениях канализации (ОСК) г. Златоуста Челябинской.области. Получено заключение о возможности использования программной реализации«разработанной математической модели в лабораториях ОСК для прогнозирования результатов биологической очистки сточных вод.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих научных форумах:

- III Международная конференция «Актуальные проблемы науки и образования», Унеча, Унечский филиал МГУТУ, 2007 г.;

- IX Всероссийская конференция молодых учёных, Новосибирск, НГТУ, 2009 г.

- 68-ая Межрегиональная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы современной науки, техники и образования», Магнитогорск, МГТУ, 2010 г.

Личный вклад автора

Автором лично получены следующие результаты:

Публикации. Результаты по теме диссертации опубликованы в 10-и научных статьях, 1 патенте РФ.

Структура и объём работы. Работа состоит из введения, четырёх глав и заключения, изложенных на 167 страницах, содержит 21 таблицу, 5 приложений, 35 рисунков и библиографический список из 145 наименований.

Заключение диссертация на тему "Интенсификация массообменных процессов при биологической очистке сточных вод"

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

По результатам проведённого анализа предлагаемой ячеечношмоде-ли аэробной биологической«очистки сточных вод активным илом^можно, сделать следующие выводы:

1. Модель, корректно отображает процессы биологического окисления и нитрификации, что подтверждается схожестью результатов расчёта с реальным значением концентрации органических загрязнений после очистки.

2. Одним из факторов, влияющих на скорость и качество очистки, является размер флокул активного ила. Уменьшение размеров флокул приводит к увеличению доли потреблённого органического субстрата в не зависимости от величины исходной концентрации органического субстрата в стоках.

3. Толщина пограничного слоя, образующегося вокруг поверхности фло-кулы при её движении в вязкой среде, влияет на-скорость доставки органического субстрата к поверхности флокулы. Увеличение толщины пограничного слоя приводит к замедлению скорости очистки и уменьшению доли потреблённого органического субстрата.

4. На процесс нитрификации влияют те же- факторы, что и на процесс биологического окисления органики. Скорость процесса нитрификации определяется так же размером флокул и толщиной пограничного слоя.

5. Величина концентрации аммонийного азота влияет на скорость потребления органического субстрата. При недостатке азота, процесс биологического окисления органики замедляется.

Результаты экспериментальных исследований позволяют сделать следующие выводы:

1. Целью экспериментальных исследований являлась проверка возможности интенсификации массообменных процессов при биологической очистке сточных вод с помощью роторного аппарата в соответствии с предложениями, выдвинутыми во второй главе при анализе математической модели процесса.

2. Метод исследований состоял в реализации условий однофакторного эксперимента, т.е. изучалась зависимость исследуемой величины от одной переменной при фиксированных значениях остальных параметров.

3. Обработка ило-водяной суспензии в роторном аппарате позволяет насытить обрабатываемую среду растворенным кислородом.

4. Степень насыщения ило-водяной суспензии растворённым кислородом зависит от режима работы роторного аппарата.

5. Возможно подобрать такие режимы работы роторного аппарата, при которых гидроакустическое воздействие не оказывает пагубного воздействия на микроорганизмы активного ила.

6. Обработка в роторном аппарате практически не влияет на видовой состав активного ила. Происходит лишь незначительное угнетение простейших.

7. Гидроакустическое воздействие на флокулы активного ила позволяет диспергировать их, не нарушая целостности бактериальных клеток, и не угнетая жизнедеятельность микроорганизмов.

8. Регулируя степень гидроакустического воздействия можно получать активный ил с разным размером флокул.

Таким образом, результаты исследований позволяют рекомендовать применение роторных аппаратов с модуляцией потока для интенсификации мас-сообменных процессов при биологической очистке сточных вод.

Библиография Маршалов, Олег Викторович, диссертация по теме Процессы и аппараты пищевых производств

1. Акулов, Н.И. Роторные аппараты в пищевой технологии / Акулов Н.И., Юдаев В.Ф. // Стратегия развития пищевой промышленности: тр. XII Международной научно-практическая конференция М.: МГТА, 2003. -Вып. 2. - Т. 2.- С. 420.

2. Алексеев, В.А. Площадь проходного сечения диафрагмы» модулятора роторного аппарата / В.А. Алексеев, Л.В. Чичёва-Филатова, В.Ф. Юдаев // Известия вузов. Машиностроение. № 12. — 2004. — С. 53 — 56.

3. Альтшуль, А.Г. Гидравлические сопротивления / А.Г. Альтшуль. М.: Недра, 1982.-224 с.

4. Багоцкий, С.В. Математическое моделирование процессов самоочищения в водных экосистемах / С.В. Багоцкий, В.А. Вавилин // Водные ресурсы. 1976. - № 4. - С. 123-134.

5. Балабышко, А.М. Гидромеханическое диспергирование /

6. A.М. Балабышко, А.И. Зимин, В.П. Ружицкий. М.: Наука, 1998. - 332 с.

7. Балабышко, А.М. Роторные аппараты с модуляцией потока и их применение в промышленности / А.М. Балабышко, В.Ф. Юдаев. М.: Недра, 1992.-332 с.

8. Басова, Т.А. Интенсификация биологической очистки сточных вод: конспект лекций / Т. А. Басова. Киев: ИПК МЖКХ УССР, 1988. - 63 с.

9. Биглер, В.И. Влияние величины зазора на гидроакустические характеристики гидросирены / В.И. Биглер, В.Н. Лавренчик, В.Ф. Юдаев // Акустический журнал. Т. 23. — Вып. 3. - 1978. - С. 356-361.

10. Биглер, В.И. Исследование течений в аппарате типа динамической сирены и его применение для процесса растворения: дис. . канд. техн. наук /

11. B.И. Биглер. -М.: МИХМ, 1978.

12. Биглер, В.И. Нестационарное истечение реальной жидкости через отверстия гидродинамической сирены / В.И. Биглер. В.Ф. Юдаев // Акустический журнал. Т. 24. - Вып. 2. - 1978. - С. 289-291.

13. Бирюков, В.В. Влияние перемешивания на распределение питательных веществ и метаболитов в суспензии микроорганизмов при их культивировании /В.В. Бирюков, Л.Д. Штоффер // Прикладная биохимия и микробиология. 1979.-№ 1.С. 12-18.

14. Воронин, А.М. Плазмиды Pseudomonas, контролирующие биодеградацию органических соединений: тезисы докладов «Микробиологические методы борьбы с загрязнением окружающей среды» / Воронин А.М. М.: ИБФМ АН СССР, 1979. - С. 36-37.

15. Вавилин, В.А. Время оборота биомассы и деструкция органического вещества в системах биологической очистки / В.А. Вавилин. — М.: Наука, 1986.-144 с.

16. Вавилин, В.А. Математическое моделирование и управление качеством воды / В.А. Вавилин, М.Ю. Циткин // Водные ресурсы. 1977. -№5.-С. 114—132.

17. Вавилин, В.А. Математическое моделирование процессов биологической очистки сточных вод активным илом / В.А. Вавилин, В.Б. Васильев. — М.: Наука, 1979.-119 с.

18. Вавилин, В.А. Моделирование деструкции органического вещества сообществом микроорганизмов / В.А., Вавилин, В.Б. Васильев, С.В. Рытов. М.: Наука, 1993.-204 с.

19. Вавилин, В.А. Нелинейные модели биологической очистки и процессов самоочищения в реках / В.А. Вавилин. М.: Наука, 1983. - 159 с.

20. Вавилин, В.А. Обобщенная модель аэробной биологической очистки / В.А. Вавилин // Водные ресурсы. 1976. - № 4. - С. 136-1.48.

21. Вавилин, В.А. Сравнительная оценка математических моделей, применяемых для расчета аэротенков / В.А. Вавилин, В.Б. Васильев. // Водные ресурсы. 1981. - № 4. - С. 132-145.

22. Данилова, Н.С. Микробиологические методы очистки природных вод от растворённых неорганических примесей / Н.С. Данилова // Водные ресурсы. 1976.-№ 5.-С. 153-162.

23. Дерягин, Б.В., Микрофлотация: Водоочистка, обогащение. / С.С. Ду-хин, H.H. Рулев. -М.: Химия, 1986. 112 с.

24. Долбовская, A.C. Влияние факторов внешней среды на формирование свойств активного ила / A.C. Долбовская // Микробиологические методы борьбы с загрязнением окружающей среды: тезисы докладов. — Пущино: ОНТИНЦБИ АН СССР, 1979.-С. 170-172.

25. Долгоносое, Б.М. Нелинейная модель трансформации примесей в водной среде / Б.М. Долгоносое, Т.Н. Губернаторова // Водные ресурсы. 2005. -Т. 32. -№ 3. - С. 322-336.

26. Доливо-Добровольский, Л.Б. Химия и микробиология воды / Л.Б. До-ливо-Добровольский, JI.A. Кульский, В.Ф. Накорчевская. — Киев: Вища школа, 1971.-306 с.

27. Евилевич, М.А. Оптимизация биохимической очистки сточных вод / М.А. Евилевич, JI.H. Брагинский. JL: Стройиздат: Ленингр. отд-ние, 1979. -159 с.

28. Зимин, А.И. Прикладная механика прерывистых течений / А.И. Зимин. -М.: Фолиант, 1997. 308 с.

29. Зимин, А.И. Расчёт формы поперечного сечения каналов ротора и статора гидромеханического диспергатора / А.И. Зимин // Теоретические основы химических технологий — 1999. — Т. 33 — № 4. С. 432-434.

30. Идельчик, Н.Е. Справочник по гидродинамическим сопротивлениям / Н.Е. Идельчик. М.: Машиностроение, 1975. - 559 с.

31. Иерусалимский, Н.Д. Количественная зависимость между концентрацией продуктов обмена и скоростью роста микроорганизмов / Н.Д. Иерусалимский, Н.М. Неронова // Докл. АН СССР: 1965. - Т. 161. - № 6.

32. Иерусалимский, Н.Д. Математическое исследование колебательных ритмов при непрерывном культивировании организмов / Н.Д. Иерусалимский, Н.В. СтепановагД.С. Чернавский // Биофизика. 1968. - Т. 13. — № 2.

33. Илялетдинов, А.Н. Микробиологическая очистка промышленных стоков от цианидов / А.Н. Илялетдинов // Микробиологические методы борьбы с загрязнением окружающей среды: тезисы докладов. — М.: ИБФМ< АН СССР, 1979.-С. 48-50.

34. Илялетдинов, А.Н: Микробиология и биотехнология очистки промышленных сточных вод / А.Н. Илялетдинов, P.M. Алиева. Алма-Ата: Гылым, 1990.-224 с.

35. Имитационная модель анаэробного разложения органических веществ сообществом микроорганизмов / В.Б. Васильев, В.А. Вавилин, С.В. Рытов,

36. A.В. Пономарев // Водные ресурсы. 1993. -№ 6. - С. 714-725.

37. Интенсификация работы сооружений биологической очистки сточных вод предприятий витаминной промышленности / Е.Г. Выглазова,

38. B.М. Фомин, А.Н. Щавлинский и др. // Микробиологические методы борьбы с загрязнением окружающей среды: тезисы докладов. — Пущино, 1979. — С. 106-108.

39. Карпухина, Р:И. Пути повышения эффективности работы сооружений биохимической очистки: обзорная информация / Р.И. Карпухина, Л.Ф. Кузнецова, О.А. Ивлева. М.: ЦБНТИ Минжилкомхоза РСФСР, 1980. - 51 с.

40. Колесников, В.П. Современное развитие технологических процессов очистки сточных вод в комбинированных сооружениях: Под ред. академика ЖКХ РФ В.К. Гордеева-Гаврикова. / В.П. Колесников, Е.В1. Вильсон « Изд-во «ЮГ», Ростов-на-Дону, 2005,-212 с.

41. Кузнецов, С.И. Введение в геологическую микробиологию /

42. C.И. Кузнецов, М.В. Иванов, Н.Н. Ляликова. М.: Изд-во АН СССР, 1962. -256 с.

43. Кулешов, В.П. Охрана природы от загрязнений промышленными выбросами / В.П. Кулешов. М.: Химия, 1979. — 317 с.

44. Кульский, Л.А. Перспективы математического моделирования технологических процессов водообработки / Л.А. Кульский, И.С. Ильин. Киев: Общество «Знание» УкрССР, 1983. — 60 с.

45. Ламекин, Н.С. Математическая модель диспергирования с учётом кавитации / Н.С. Ламекин // Теоретические основы химических технологий. -1987. Т. 21. - № 5. - С. 709-710.

46. Луста, К.А. Методы определения жизнеспособности микроорганизмов / К.А. Луста, Б.А. Фихте. Пущино: ОНТИ НЦБИ АН СССР, 1990. - 186 с.

47. Макаренко, Э:Н. Использование симбиоза микробных ассоциаций для интенсификации биологической очистки сточных вод / Э.Н. Макаренко, Н.И. Касторной, Н.В. Смолина. — Ставрополь: Изд-во СевКавГТУ, 2003. — С. 32-36.

48. Макаров, Ю.И. К вопросу об оптимальном проектировании роторно-пульсационных аппаратов / Ю.И. Макаров, Г.Е. Колесников, Л.А. Карпенко // Оптимальное проектирование в задачах химического машиностроения. — М.: МИХМ, 1983.-С. 5-8.

49. Маргулис, М.А. Звукохимические реакции и сонолюминесценция / М.А. Маргулис. М.: Химия, 1986. - 288 с.

50. Математическое исследование процесса биологической очистки на хлопьях активного ила / М.А. Евилевич, A.B. Наумов, B.C. Блохин, И.А. Швытов // Водные ресурсы. 1978. -№ 1. - С. 143-151.

51. Мешенгиссер, Ю.М. Удаление азота и фосфора активным илом / Ю.М. Мешенгиссер, А.И. Щетинин, М.А. Есин // Вода и экология. Проблемы и решения. 2006. - № 4.

52. Микробиологические методы борьбы с загрязнением окружающей среды: тез. докл./ под ред. В.А. Ламбиной. Пущино: Науч. центр, биол. исслед. АН СССР, 1979. - 223 с.

53. Минц, Д.М. Теоретические основы технологии очистки воды / Д.М. Минц. — М.: Стройиздат, 1964. 156 с.

54. Моделирование аэрационных сооружений для очистки сточных вод // Л.Н.Брагинский, М.А. Евилевич, В.И. Бегачёв и др. — Л.: Химия, 1980. -144 с.

55. Морозов, Д.С. Экспериментальные исследования процесса струйной аэрации жидкости / Д.С. Морозов, Ю.А. Заславский // Вологдинские чтения. Изд-во ДВГТУ, 2000. Ч. 2.

56. Найденко, В.В. Оптимизация процессов очистки природных и сточных вод /В.В. Найденко, А.П. Кулакова, И.А. Шеренков. М.: Стройиздат, 1984.-152 с.

57. Надеин, А.Ф. Повышение эффективности биологической очистки нефтесодержащих сточных вод / А.Ф. Надеин // Экология человека — 2009, -№ 12,-С. 10-12

58. Нестационарное течение сжимаемой жидкости во вращающихся каналах роторного аппарата / В.М. Червяков, В.И. Галаев, В.Ф. Юдаев и др. //

59. Междунар. научн. конф. «Математические методы в технике и технологиях»: сб. науч. тр. Тамбов: ТГТУ, 2002. - Т. 10. - С. 72 - 74.

60. Никифорова, JI.O. Интенсификация- работы сооружений биологической очистки сточных вод с использованием электромагнитных полей: автореф. дис. канд. техн. наук / JI.O. Никифорова. М.: МГУПИ, 2004.-48 с.

61. Никифорова, JI.O. Интенсификация работы сооружений биологической очистки сточных вод с использованием электромагнитных полей / JI.O. Никифорова // Ресурсосберегающие технологии: ЭИ/ВИНИТИ'. — 2004. — № 1. С. 3-7.

62. Николаев, В.Н. Исследование влияния ультразвука на процесс разделения иловой смеси / В.Н. Николаев, B.C. Шевцов, Т.А. Гогом // Водоснабжение и канализация: сб. научн. трудов. М.: МИСИ 1984. - С. 98-102.

63. Очистка сточных вод. Биологические и химические процессы / М. Хенце, П. Армоэс, Й. Ля-Кур-Янсен, Э. Арван. М.: Мир, 2004. - 480 с.

64. Очистка сточных вод: темат. сб. науч. тр. / под ред. В.И. Васильева. -Челябинск: ЧПИ, 1983.-103 с.

65. Паников, Н.С. Кинетика роста микроорганизмов / Н.С. Паников. — М.: Наука, 1992.-311 с.

66. Попкович, Г.С. Системы аэрации сточных вод / Г.С. Попкович, Б.Н. Репин. -М.: Стройиздат, 1986. 136 с.

67. Поруцкий, Г.В. Биохимическая очистка сточных вод органических производств / Г.В. Поруцкий. — М.: Химия, 1975. - 253 с.

68. Последние достижения в области биохимической очистки сточных вод: обзор. М.: ЦИНИС Госстроя СССР, 1975. - 73 с.

69. Потапов, В.И. Математические модели теплофизических процессов в объектах многослойной структуры / В.И. Потапов. — Челябинск: Изд. ЮУр-ГУ, 2004. 270 с.

70. Прист, Ф. Внеклеточные ферменты микроорганизмов / Ф. Прист; пер с англ. — М.: Мир, 1987.- 117 с.

71. Проблемы повышения эффективности работы городских очистных сооружений и использования очищенных сточных вод и'осадка: обзоры по проблемам больших городов. — М.: ГОСИНТИ, 1997. Вып. 2.

72. Промтов, М.А. Машины и аппараты с импульсными энергетическими воздействиями на обрабатываемые вещества / М.А. Промтов. М.: Машиностроение-!, 2004. — 136 с.

73. Промтов, М.А. Пульсационные аппараты роторного типа: теория и практика: монография / М.А. Промтов. — М.: Машиностроение-1, 2000. — 260 с.

74. Развитие и совершенствование способа биохимической очистки сточных вод // Строительство и архитектура. Инженерное обеспечение объектов? строительства: обзорная информация. — М.: ВНИИНТПИ 1982. — Сер. 9. — Вып. 4.

75. Рид, Р: Свойства газов и жидкостей: справочное пособие / Р. Рид, Дж. Праусниц, Т. Шервуд; под ред. Б.И. Соколова; пер: с англ. Л1:-Химия; 1982.-592 с.

76. Ромадина, Е.С. Направленное действие микроорганизмов — один из путей повышения эффективности биологической очистки сточных вод / Е.С. Ромадина // Материалы II Всесоюзного симпозиума^ по санитарной гидробиологии. М.:Наука, 1975. - С. 110-112.

77. Ротмистров, М.Н. Микробная деструкция синтетических органических веществ / М.Н. Ротмистров, И.И. Гводяк, С.С. Ставская. — Киев: Изд-во «На-укова Думка», 1975. 224 с.

78. Саинова, В.Н. Интенсификация биологической очистки и обеззараживания сточных вод рыбоперерабатывающей промышленности: автореф. дис. канд. техн. наук / В.Н. Саинова. Москва, 1996. — 25-с.

79. Святенко, А.И. Моделирование процесса аэробной биологической очистки сточных вод: автореф. дис. канд. техн. наук / А.И. Святенко. — М.: МТА, 1992.-16 с.

80. Семёнов, В.А. Применение ультразвука для интенсификации биологической очистки сточных вод / В.А. Семёнов // Водоснабжение и санитарная; техника. 1994. - № 7. - С. 31.

81. Семёнов, И.В: О кинетике биохимического окисления загрязняющих веществ / И.В. Семёнов, М.Н. Тарасов // Гидрохимические материалы. -1974.-Т. 60.

82. Синев, О.П. Интенсификация биологической очистки сточных вод / О.П. Синев. Киев: Техшка, 1983. - 110 с.

83. Смирнов, В.И. Курс высшей математики / В.И. Смирнов М.: Наука, 1965.-Т.2.-656 с.

84. Современные методы интенсификации работы аэротенков на очистных сооружениях больших городов: обзорная информация / В.И. Калицун, В.Н. Николаев, В.Д. Журавлёв, М.Г. Картавцева. М.: МГЦНТИ. - 1985. -Вып. 6. - 24 с.

85. Старостина, В.Ю. Биологический фильтр с модифицированной загрузкой для очистки сточных вод малых объемов: автореф. дис. канд. техн. наук / В.Ю. Старостина. Иркутск: ИрГТУ, 1996. - 19 с.

86. Степанова, Н.В. Математическое моделирование роста микроорганизмов при непрерывном культивировании / Н.В. Степанова, Ю.М. Романовский, Н.Д. Иерусалимский // Докл. АН СССР. 1965. - Т. 163. -№5.

87. Стренк, Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками / Ф. Стренк. Л.: Химия, 1975. -384 с.

88. Таубаев, Т. Биологическая очистка сточных вод: по материалам Ферг. долины и Ташк. оазиса / Т. Таубаев, С. Буриев; отв. ред. М. Музафаров. -Ташкент: Фан, 1980. 152 с.

89. Теплофизические процессы, протекающие при формировании расходуемых электродов из металлизированных окатыше / В.И-Чуманов, BïH. Потапов, И.В: Чуманов, BiBi Вотинов // Известия вузов. Чёрная металлургия. 2005. - № 11. - С. 14-17:

90. Тихонов, А.Н. Дифференциальные уравнения / А.Н1 Тихонов, А.Б. Васильева, А.Г. Свешников. — М.: Наука,Л 980. — 232 с.

91. Тульчинская, В.П. Очистка сточных вод высокой цветности специализированными культурами бактерий / В.П. Тульчинская // Микробиологические методы борьбы с загрязнением окружающей среды: тезисы докладов. -Пущино: НЦБИ, 1979. С. 74-75.

92. Тютрина, C.B. Влияние ультразвука на процесс флокуляции тонкодисперсных минеральных систем при очистке сточных и оборотных вод: дис. . канд. техн. наук / C.B. Тютрина. Чита, 2004. — 166 с.

93. Ультразвук. Маленькая энциклопедия М.: Советская энциклопедия, 1979.-400 с.

94. Ультразвуковая технология / под ред. Б.А. .Аграната. М.: Металлургия, 1974. - 256 с.

95. Фарлоу, С. Уравнения с частными производными для научных работников и инженеров / С. Фарлоу; пер. с англ. М.: Мир, 1985. - 384 с.

96. Цыганов, A.B. Моделирование процессов аэробной очистки сточных вод активным илом: дис. . канд. техн. наук / A.B. Цыганов. Щёлково, 2005.- 169 с.

97. Чирков, И.М: К вопросу о лимитации роста клетки транспортом веществ через мембрану / И.М. Чирков / Лимитирование и ингибирование роста микроорганизмов: тезисы докладов. Пущино: НЦБИ, 1989. - С. 166.

98. Чугаев, P.P. Гидравлика / P.P. Чугаев. Л.: Энергоиздат, 1982. - 672 с.

99. Чупраков, Е.Г. Интенсификация работы городских очистных сооружений за счёт предварительной обработки сточных вод в вихревых гидродинамических устройствах: дис. . канд. техн. наук / Чупраков Е.Г. Пенза, 2005. - 142 с.

100. Шарифуллин, В.Н. Процессы сорбции и биоокисления во флокулах активного ила / В.Н. Шарифуллин, H.H. Зиятдинов // Химическая промышленность.-2001.3.-С. 11-13.

101. Швецов, В.Н. Развитие биологических методов очистки производственных сточных вод / В.Н. Швецов // Водоснабжение и санитарная техника. — 2004. № 2. - С. 37 — 41.

102. Швытов, И.А. Некоторые принципы математического моделирования динамики микробных популяций / И.А. Швытов // Журнал общей биологии. -1974.-Т. 35.-№6.

103. Юдаев, В.Ф; Гидродинамические процессы в роторных аппаратах с модуляцией площади проходного сечения потока обрабатываемой среды /

104. B.Ф: Юдаев // Теоретические основы химических технологий. 1994. - Т. 28. -№ 6. - С. 581.

105. Юдаев, В.Ф. Диспергирование в роторных аппаратах с модуляцией потока / В.Ф. Юдаев, М.А. Серова // Процессы в динамических средах: тр. МГУИЭ.-М.:МГУИЭ, 1999.-Вып. З.-С. 118-121.

106. Юдаев, В;Ф; Истечение газожидкостной смеси через отверстия ротора и статора сирены / В.Ф. Юдаев // Известия вузов. Машиностроение. -1985. —№12. С. 60-66.

107. Юдаев, В.Ф: Переходный режим течения жидкости через модулятор роторного аппарата / В.Ф. Юдаев // Строительные материалы, оборудование, технологии 21 века. 2002. - № 13. - С. 27.

108. Юдаев, В.Ф; Получение частотно-модулированного звука динамическими сиренами / В.Ф. Юдаев // Применение физических и физико-химических методов в технологических процессах: науч. тр. МИСиС. М.: Металлургия, 1990. - С. 36-40.

109. Юдаев, В.Ф. Роторные аппараты с модуляцией площади проходного сечения потока обрабатываемой среды и их применение / В;Ф. Юдаев // Оборонный комплекс научно-технич. прогрессу России: межотр. научн.-техн. сб. - М.: ВИМИ, 1997. - Вып. 1-2. - С. 3.

110. Юдаев, В.Ф. Роторные аппараты с модуляцией потока / В;Ф. Юдаев, A.M. Балабышко // Тезисы докл. Междунар. конф. «Ультразвуковые технологические процессы — 2000». Северодвинск: Севмашвтуз, 2000. - С. 210-211.

111. Юдаев, В.Ф. Роторные аппараты с модуляцией потока и импульсным возбуждением кавитации для интенсификации процессов химической технологии: дис. . докт. техн. наук/В.Ф. Юдаев. — М.: МИХМ, 1983.

112. Яковлев, С.Н. Биологическая очистка производственных сточных вод / С.В. Яковлев, И.В. Скирдов, В.Н. Швецов. -М.: Стройиздат, 1985. — 208 с.

113. Ярославский, З.Я. Применение электрического разряда для улучшения качества воды /З.Я. Ярославский, О.В. Смирнов, М.И. Хорош // Водные ресурсы. 1976. -№ 2. - С. 190-196.

114. А. с. Ru № 2002122548 МПК C02F3/12, опуб. 10.03.2004.118. А.с. 238918. В-06В 1/20.

115. А.с. 542570 СССР, В 06 В 1/20. Гидроакустическая сирена / В:Ф: Юдаев, Ю.П. Романов, В.М. Варламов и др. опубл. 15.01.1977, Бюл. № 2.

116. А.с. 609561 СССР, В 06 В 1/20. Гидроакустическая сирена / Е.А. Мандрыка, J1.C. Аксельрод, В.Ф. Юдаев. опубл. 05.06.1978, Бюл. № 21.

117. А.с. 716629 СССР, М. Кл.2 В 06 В 1/18. Роторный аппарат / JT.C. Аксельрод, В.А. Лавров, В.Ф. Юдаев и др. опубл. 28.02.1980, Бюл. № 7.

118. А.с. 789147 СССР, М. Кл.3 В 01 F 7/28. Роторный аппарат / В.Ф. Юдаев, Л.С. Аксельрод, В.И. Биглер и др. -опубл. 26.12.1980, Бюл. № 11.

119. А.с. 850368 СССР, В 24 D 3/28

120. Пат. 2073648 Российская Федерация МПК C02F3/02. Способ аэробной биологической очистки сточных вод и установка для его осуществления / А.А. Денисов, А.В. Семижон, В.И. Феоктистов и др. № 95100366/26; за-явл. 01.11.1995; опубл. 20.02.1997

121. Пат. 02172348 Росийская Федерация МПК C13D3/02. Способ очистки диффузионного сока / А.А. Славянский, A.M. Гаврилов, Л.А. Кулаковская и др. -№ 2000108676/13; заявл. 11.04.00; опубл. 20. 08.01.

122. Andrews, J. М. A mathematical model for the continuous culture of microorganisms, utilizing inhibitory substrats / J. M. Andrews. // Biotechnology and bioengineering. 1968, - vol. 10, - № 6.

123. Boon, B. Kinetic of nitrite Oxidation by Nitrobacte'r winogradskyi / B. Boon, H. Laudelout // Biochemical Journal. 1962, - vol. 85. - № 3.

124. Bouwer, E.J. Theoretical investigation of particle deposition in Biofilm system / E.J. Bouwer. // Water Res. 1987, -№ 21, p. 1489 - 1498.

125. Canale, R.P. Predator — prey relationships in a model for the activated processes / R.P. Canale. // Biotechnology and bioengineering. 1969, - vol. 11.— № 5. - p. 57-60.

126. Characklis, W.G. Biofilms I W.G. Characklis, K.A. Marshall. John Wiley & Sons, New York, N.Y. - 1990, - 800 pp.

127. Jeppsson, U. Modelling aspects of wastewater treatment processes. / U. Jeppsson — PhD thesis -Lund Institute of Technology Dept. of Industrial Electrical Eng. and Automation, 1996.

128. Haegeman, B. An effective model for flocculating bacteria with density-dependent growth dynamics / B. Haegeman, C. Lobry, J. Harmand // arXivtq-bio/0610042vl q-bio.PE. 23 Oct 2006

129. Harremoes, P., Biofilm kinetics. / P. Harremoes; ed. R. Mitchell // Water Pollution Microbiology. John Wiley & Sons, New York, N.Y. - 1978, - ch. 4. -pp. 71-109.

130. Hegges, P. Process intensification / P. Hegges // Chem. End. (Gr. Britt.). -1983,-№ 394.-P.13.

131. Herbert, D. A theoretical analysis of continuous culture systems. In: Continuous culture of microorganisms: monograph / D. Herbert. — London: Chemical Industry, 1961.-250 p. f

132. Jansen, J. la Cour Fixed film kinetics — kinetics of soluble substrates: Ph. Dr Thesis / J. la Cour Jansen. — Department of Environmental' Engineering, Technical University of Denmark, Lyngby, 1982, Report 81-35.

133. Lacey, D.T. Kinetics of the liguid phase oxidation of acid- ferrous* sulfate by the bacterium Thiobacillus ferrooxidans / D.T. Lacey, F. Lawson // Biotechnology and bioengineering. 1970, vol. 12. -№ 1.

134. Longmuir, I.S. Respiration rate of bacteria as a function of 02 concentration / I.S. Longmuir // Biochemistry Journal. 1954, - vol. 57. - № 1.

135. Microbial food chains and food webs / J. L. Jost, J.F. Drake, H.M. Tsuchi-ya, A.G. Fredrickson // Journal of Theoretical Biology. 1973, - vol. 41. - № 3.

136. Model identification of the biochemical. Oxidation process / M. Naito, T. Takamatsu, L.T. Fan, E.S. Lee // Biotechnology and bioengineering. — 1969, vol. 11.-№5.-pp. 47-51.

137. Monod, J. Recherches sur la croissance des cultures bactériennes / J. Monod Paris. Hermann, 1942.

138. Preeti, C. Sangave Pandit Ultrasound and enzyme assisted biodégradation of distillery wastewater / Sangave C. Preeti, B. Aniruddha // Journal of Environmental Management. 2004.

139. Siegrist, H. Mass transfer mechanisms in a heterotrophic biofilm / H. Siegrist, W. Gujer // Water Res. 1985, - vol. 19, - pp. 1369-1378.

Похожие работы

Технология продовольственных продуктов
05.18.00