автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Очистка сточных вод молзаводов в биореакторах с псевдосжиженной загрузкой

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ- РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА . ■ ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗИАМЕШ ИНЕЕНЕРНО-СГРОИТВЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

Р. А Я ЦЗЫ К О В А Елена

■ УДК 628.353:061.5:637.1

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД М0ЛЭА1ЩГО Б БИОРЕАКТОРАХ С [ТСЕВДООВШЕННСЙ ЗАГРУЗКОЙ.

Специальность 05.23.04 - водоснабжение, канализация,

строительные системы охраны водных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой отепени кандидата технических наук

Санкт - Петербург 1992

/ /

Работа ¡выполнена в Ленинградском ордзна Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительном института

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Ю.А.ФеоФанов

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, 'профессор Ю.В.Воронов

кандидат технических наук, -доцент 3. М. Протасовский

Ведутпая организация: Ленводокаяалпроекг

Зашита соотоитоя

1992 Г. Б

/г

3<з

чао

на-заседании специализированного Совета К.063.31.03 ь Тенинграцоком

ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени

инжэнерно-стороитальком кнатггуте по адресу:

198005, г. Санкт-Петербург, 2-вя Красноармейская ул., д. 4,

.!.епинский зал. -

С диссертагшей можно ознакомиться-в Лундакентальной библиотеке института." ' ; . _

Автореферат разослан еМ^Я^У^г^^' 1992 г,.

Учений секретарь с пе ц иал и ь иро ванно го Совета, канднпаг технтвакт наук, доцент

Г. ГГ. Комина

Общая х&рактернстика работы.

Актуальность габоты. Охрана окруяашой. среды, в том числе ггредот-фащзние загрязнений природных водных ресурсов является одной из наиболее антуальних проблем современности. Главное направление в решении 1шциты водоемов от загрязнений - эфпзкттная очистка сточных вод до ;тепзни, позволячтй повторное их использование, либо до норматив-нос показателей сброса в водоем.

ТСарво&черО'ДЯб» решения в этом направления требует стремшленные федприятия, явллмййеоя источниками.образования высококонтдентрирован-Ш сточных вод,- особенно- производства, расположенные в сельской (йймости й crtpaciíBftwWiQ' сточниэ воды в маломощные водоемы.

Сточное воды- ШлокоЯерерабативаюшой промышленности имеют высо- . ;ук> концентрацию органических загрязнений, БПКТОЛН - до 2400 мг/л. ¡начяитилъиая част!- эт'их продприятггё расположена в нзканализоваяной ¡олбскбй ftéCííi'ocTav вблизи мест получения сирья. Для этих заводов фэбуется устройство самостоятельных очистных станций, обеспечиваю-шх глубокое удаление загрязнений из сбрасываемых сточяьх вод. 'ля продтпштчИ, расчолоазшшх в городах и посадках, обычно, требуется предварительная / неполная / очистка' сточнкх вод до параметров К сброса-в городскую канализацию. •• .

! сойрейеннол практике очистки сточных вод предприятий молочной про-йашленности преимущественное распространение получил, биологический ютод,. 6)'aroдаря его простоте, высокой эффективности, универсаль-юсти к различный видач органических загрязнений. : > то лее тот: сооружения биологической очистки, применяемые для очист-:и сточных ьод молочных заводов - аэротеяки и биалгльтрн, икзиг ряд существенных недостатков, Ограничивающих-их производительность. ■ !тэнскгчкацют 'процесса биологической очистки .оточшге год яозко.-.на угем применения риорсакторов с поов/д&оаиаэиннм / взвеленппм / слоем

мелкозернистой загрузки. Применение втих сооружений ползоляет повысить эффективность очистки, удельную производительность соор/мния, надежность его работы, снизить строительные и эксплуатационные расхода. Однако до настоящего времени биореакторы со взвешенной загрузкой не вншли за рамки опытных сооружений. Практическому использованию этих тшюв сооружений препятствует недостаточная изученность закономерностей протекавших б них процессов при очистке сточных год, многочисленные недостатки существующих.конструкций и схем работы биореакторов. "'•''■Целью настоящей работы /гвлялось совершенствование существующих и разработка новых схем и конструкций сооружений биологической очистки сточных вод модочных заводов с прлмзнением биореакторов с псэвцоожи-•женной- /взвеишноЕ/ мелко зернистой загрузкой. с-апачи исследований сводились й :

- разработке и исследованию биореакторов с псевдоожиженной мелкозернистой загрузкой для анаэробной и аэррбной очистки концентрированных по органическим' загрязк ¡риям сточных вод /на' тримеро срочных-вод молочных заводов/ ;

■ - теоретическим и экспериментальным исследованиям по вибору вида загруз: а для этих типое биореакторов;

- изучению,кинетики процесса аэробной и анаэробной биологической очистки сточных вод молочных заводов в биореакторах с псевдоояижеН' ным слоем; ..'''•' .

- лзучеилю гидродинамики биорэакторог с'гидравлическим и пневматическим способами псевдоожикентш мелкозернистой загрузки;

-/исследованию эЗДактивиоотл работы аэробного и анаэробного биозгаахг торов аУ!'.. различных. ньгруэках, выбор оптимальных паракотров■и ре-1 акмог. гас работ» при очистке сточних вод молочных ьсшодов; -'ЫатЬматтосхту описанию процесса аэробной и анаэробно? бнологичэс

кой очиспси сточных вод молодых заводов в биороактораг. о псовдо-ОлЯЛОШШМ СЛОЭЧ.

Научная повиада работы заключается:

- в исследовании закономерностей киттуни изъятия загрязнений при анаэробной м аэробной очистке, стсчшис вод моточных заводов в бко-рэакторах о пс ев доожганннм. слоем;

- изучении условий работы в бпореакторах различных видов мелкозернистых загрузок, обосновании вчбора глета загрузим;

- исследовании дпнамчки развития; биомассы в биореадторах с псввдооди-жеяноМ загрузкой на различных видах мслкозарнястнх материалов;

- изучении и выборе гидродшамччзского рз;даа псзздостижения, мате-' ' махичоских моделей для описания гящюдияамгаси биореакторов с гидрав- [.' личзекш и пшмпттвакт способа.».::* псепдоочатасния;

- разработке конструкт.™ биореакгора о псевдоожюонпой мелкозернистой загрузкой; на заявку на авторское свидетельство получено поломтель-. ное рошенкв;

- разработка математического- описания процесса аэробной и анаэробной бггологгчоокои очистки сточных вод в предложенных типах биорэакторов.

Трактгчаокая ценность- и реализация работы, ■ ■'.■•■-

На основании вгаолноних исследований разработана технология аэробной и анаэробной очистки оточных вод молочппх заводов в предложенных КОНСТруйНИ! X биорошсторов С , псевдоожшзнной МЭЛКОЗОрНИОТОЙ загрузкой.. Разработаны методика расчета этих сооружений, ракомоццацип по проектированию и применению. Яа основании этих рекомендаций институтами ; ЛенЕрдоканалпроэкт,'Кировоградагоопроект и Киевагрочроокт разработала тохчичэокая документация для -очистных' стаицкГ; мюлочкшс заг.одов с яршеяеш'вч бт-'ореикторов с поодгоодзяютгой тмозортютсЛ зягруько]]. СжитдемцГ; годовой экоаомшгсшй s.Tv акт 07,5 тис. т?<л. s»3 1 . ••

оточипх год /в п-зиах 1990 г./.

- о -

Апробация рцботы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на 47, 48 я 49 научных конференциях ЛИСИ в 1990, 1991 в 1992 гг.,.на Всэооюзаой научао-практичаской конференции " Человек -труд - экология " в Волгоградском ИСИ в 199Q г.

Публикации. До материалам диссертации опубликованы 4 печатных работы и получейо положительное решение на 1 заявку на изобретение. Объем работы. Диссертационная работа наложена на 160 страницах машинописного текста, включает 16 таблиц, 31 рисунок, Она состой? из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 162 наименований, в том числе 89 зарубежных.

Основное содержание работи»_

Во введении обоснована актуальноеТЬ fem, формулируется цель я ■задачи исследований, ■ .

В первой улавя протш 8ШИВ о (временного состояния вопроса биологической очвдтвк зточйУХ РвД предприятий молочной промышленности и перспективы его разэтад,

Состав и расход ргочдах род мелочах заводов зависит.от мощности предприятия .и вида вигщшэмой ирадутт, В среднем, иа тонну .продукции на городокщс молода* шодах цотрабляетоя ,5,2 - 6,7 м8 вода. Расход сточных вод соотш<№ 80 « S6 % от расхода свадей вода,, коэффициент часовой неравномерней?« = 1,4 - 2, Осщовдам загрязнением оточнцх вод молочных заводов (¡вдаются органичеседе вещества, концентр! ция которых по НПКЕ0лн^ колеблется в пределах 1000 - 24QQ т/л,

В современной практике очистки сточных »од молочных заводов наиболее часто применяются аэротьяки и биофильтры. Однако втн сооружения имеют ряд недостатков. Б частности, работа аэротанкоь неустойчива при перегрузках, залповых сбросах и перерывах в подаче сточных вод и воздуха. Традиционные конструкции биофильтров не способны обес-

гечить по тур очистку концентрированных сточных вол, без высокой стегани рещгркуляцга оптцешгой жидкости, склонны к заиливанию, характеризуя ся высокой строительной СТОИМОСТЬЮ.

1роизводит9ЛЫЮзть аэротзяков я биофильтров по количеству изымаемых загрязнений по 1Шпсшь при полной биологической очистке сточных вод «ололшх зеьодов сог.гавлязт около 1000 г/м3оут.

Одним из действвтж тутэй интенсификации процесса биологичес-сой очистки является увалтент скорости утилизации субстрата га. счет тсвытания концентрации активной биомассы, иммобилизованной на мелко-шрнистом носителе. Реализованные-на этом принципе конструкции со->ружояий разделяются на биореакторы с неподвижным ■ ипзевдоожиженным.. 'взввшешшм/слоем мелкоззррегой загрузки.

[ри очистке контдэлтрированнше сточных вод биореакторы:с неподвижным ¡леем, мелкозорянсгой загрузки бистро, заиливайся задержанным взве-геяншш гещееттайи я приростаадей биомассой, и требуют периодической ' гршивки. Для роличегж. производительности фильтроцгосла в таких ' ¡ооруженяях применяют загрузочный материал, более, крупных фракций 'до 10. мм/, что соответственно, снижает рабочую поверхность загруз-:и и концентрацию биомассы в зоне реакции. Периодичоские промывки,. , :агрузкд приводят к смыву, активной биомассы и нарушают стабильнобть- > [роцесса биологической очйотки..Тем яе менее производительность 8а-'оплешшх биофильтров со оЦцйонарныч с лбам, зернистой. загрузки до станет 5-6 кг/мэсут, "-'...-

. В биореакторах с- псевдбожииённш /взвешенным/ слоемзергистой агрузки имеет место 'более высокая степень, использования поверхности ' агрурочного материала, более высокие скорости'массообмен. . В- этих 7 ооружэниях гепользуютей более.мелкие,Фракции загрузки,' чем в эатбп-бннюс биофильтрах, ■ что • позволяет поддэриивать- вы'оокуто' концентра^ яга.,; ктявяой биочассн в - реакционной -зонБлагодари этомуу производпгол£г

— О - .'

ность биороакто'роЕ с гоевдоожтошшк <;лшз:л '¿аг.^з.'.'л амчч'и. ыю чо-виаается и достигает 10 - 20 кг /Ауг. и болое.

Одншсо, практическому распространении этих сооручонил препятствует сложность технологических схцм работы био1кли:то^ов, тохинчос-кие, сложности с созданном и поддордашашотм уцтоачиьогч П01 >ицоо-.пленного слоя загрузки, необходимость во рогонорццни, слаб :гжии щклиссц кислородом и.другиэ обстоятельства. !Го«.ое'/пто сю и..учо.ш иг.ц.п\,кл процесса иоъягия загрязнений из сточных под, с ч.иотн^сти, иточцпх под предприятий молочной промиоошюстн, -ди юлчиса роста сншлог^чоской пленки на мелкозернистой'загрузке и услоиад оо рогонорацл> а нсиьдо-ожиженном ело о, гвдродюгачическио и маооооб'лоинш характеристики этих типов биореакторов.

. ' Для очистки сточных:пол молочных заводов, учитивыя СИ0ЦИ)'ИКУ этих видов. сточних под, прменашю биоро;.итороь с аоог.лоо^п.соцпой мелкозернистой загрузкой .весьма нерспоктишо, но шзилаот л зоохоик-мость оошршанствованда тахно-лошчоекпх. схем и конструкции этих сооружение С ггелыо. ИХ удр0!1|0ция1# ПОЬШНЭНИП. ОТ-ЧбШ'ЬНОСТИ и :ШПО"ШОСТИ в работе, улучшения тохяико-эконойичиск:

-Выявлено, что недостаточно полюе мучение» гидролмити'чоршк и мао-сообменных характеристик сооружений, кшшчча; процесса очистки, не позволяет однозначно-и-достоверно описать процесс изъят .и: органических 'загрязнений 'в биороакторах о псошюс-лиошисд слоом. };м расчота этих аппаратов прпмошЬтся рхд омчнрнчишсх к яслуо'лпчр .адских м„л,' -'(ормалышх матотткчёских моделей,' о основу которых заложены упрощенные и априорно выбраннш представлении о кинетике процесса и структура потока. Ьачастуш, ети уравнения шомт строго ограниченную область н/.мененил. , г.;

Бтордя глава посыщена разработке новых конструкций биореактороз с псевдоожггсенньм /взвешенным/ слоем загрузки, на основе анализа

уело! и,; работы M(.v7to:iopf!noTo>: зягру:ши в аппаратах этого тлпа, рэ-эультаток поолодонип.. зишюмсм юстоЛ процесса биологической очистки сточнкх кн . n jafio;wroii:irx условч.чх о примененном различных материалов р качоетга насадки и анализа сушостг.уших конструкций биоре-актороп с псоьпоо сишиниад олоои мэлкозэрнисгои загрузки. Сущоотруючшо конструкции биороакторов с псовдоояижениим слоем загрузки на. устойчивы к работа и слолш в эксплуатации, поскольку, обычно, л иих стромлгс» создать и - поддерживать ражим однородного взтзетэнного слоя. Сложности и n()n';9p;;fiiiiii! такого режима заключаются в необходимости постоянного рогулнронатш гидравлических нагрузок / скоростей йзвешигания / в сЬязи с моияшойся гидравлической крупностью при обрастании. частиц загрузкибиопленкой. Затруднения в создании однородного I jro'iiQinioro слоя также обусловлены возмозашм.ч колебаниями ' температуры, расхода it состава посгушчшях сточных вод,. необходимостью пр'гтнвит строго кллнброванногб загрузочного материала. На- • соблюдение этих услог.пл-'приводит, к выносу, частиц загрузки из биорз-• актора, поэтому',по т.-ногкзе- схожие работы этих сооружений предусмат- ■ _ риваадт -устройства юл запврванюг выносимой загрузки, ев регенераций и гозврато i; зону р^акшгп. 'Лопол11ито;'ь'нб для задержания выносимой -, биомассы у.строиваютоя втбричнне' отстойники. У Более простым в. ооутаоствлойии являатся .режим «фонтанирующего слоя мелкозернистой загрузки, который создаогая за счет пзромешгой скорости потока по.высоте, сооружения. Б нианай части аппарата скорость по. тока превышает кригтчзскую- скорость :уноса частиц, а в верхней части '■сооружения она сшкаатся- штае. этой скорости.. При этом создается на- ■■ йравлёнчое. пвтаешт- чостщ Нагрузки, сгоообствудаее хорошему массо-_ переносу-и массообмену. ¡Тля по1тдер-,'са;шл'фочтант1рушвго .слоя в аппарата не требуется рашомерногЬ.'рассгределенйя потока, по сечений аппарата, до пустотел: значительные колебания скорости на шеоде, а,сле-.

довательно, и. колебания поступающего расхода сточных вод, упрощается конструкция сооружений и их эксплуатация. За сч'ет интенсивного перемешивания частиц в фонтаниругадем слое /струйной зоне потока/ происходит непрерывная регенерация загрузки в камере биореактора. •Одним щ сложных вопросов технологии работы биореакторов с однородным '-слоем для аэробного биохимического процесса является снабжение процесса необходимым количество», кислорода. Барботйровакио загрузки воздухом приводит, к нарушению однородности слоя, возможности образования канального и поршневого режимов, выносу загрузки и проскоку неочищенных сточных .вод, Поэтому.в схемах работы аэробных биореакторов применяют предварительное насыщение поступающего потока ккс-' лородоы, вво.пдт рециркуущцию очищенной вода о предварительной ее

аэрацией и т.п., чем усложняется технологии схема и уволютва-• шея акс глуагациошшэ затраты. •' Преимуществом фонтанирующего слоя является возможность создания его как гидравлическим I так и пневматическим способом. Бо втором случае одновременно решается задача аэрации сточных вод, На формирование, и состояние взвешеннс-'О слоя влияет скорость весхо-•дящего потока, форма,, размер и-плотность частиц загрузки, плотное:ь и вязкость среды, ряд других факторов.

Ооласть существования однородного взвешенного слоя загрузки ограничивается критическими ./начальной и пг "дельной/ скоростями потока. Ддя.ролидиспероных частид, а'также частиц .с различной плотностью био' пленки и, следовательно, различной гидравлической'крупностью, эта ■■; область'значительно сокращается, а при большом интервале крупности : фракций создание. од!_^родного вг пшенного < тая становится практически нсссзуохным. •. " ,

Ро;да:-^хэнтаниру1С",его слоя связан только со второй критической . . скоростьо, и изменение гвдраыпгческой крупности част:^ "загрузки в про-• Цдсса их обрастания бяогаюккоа не приводит к нарушаем этого релпма,

- J.1 -

Значение второН крптическйй скорости шш ш':1нтаиннх материалов - песок 0,75 мм, полистирол О^-:],'? мм, полиэтилен 2,7 мм -соответотвэнно составляет 400, 159 п 153,3 м/час. При сравнений значений' этих скоростей с величиной придонной скорости потока жидкости в аэротйнках / которая из условий взг-ешивоняя хлопьев активного, ила тдшиг/азтся не менее 0,1 м/с пли ЗЛО м/чао/; очевидно, что создание рзхнт'fijonraift'pyiowero слоя s-;J-'py;.'Kn из стандартных гранул полиэтилена и по).-истирола но требует увэлшзняя интенсивности перемешивания, и, соотватогъенно, Д0!Г0Л!Ите;ьннх энергозатрат по сравнению с аэро-тонкгыи* •■'.,.. ' ■ ■■ -

В аэробных биорэакторах о -(lonraifflp^viM слоем-загрузки- становится'.' ■, воидокам попользовать как прикроплен^уй, гак и -'вавем'лту».'биомассу при обычной для активного 'гоа.ян'г^нсчвиости аэрачта. • - ...

.'В -качеств:).загрузки бнррэакторов с дсевдр6;жаптга слоем применяют различима шург мелкозернистая материалов':.-посок, аптраггат, -карачечг', нш- акти£Й?овашы;1 уголь, пластмассь и дрМС затру- -йочиому Штерну- прз появляется ряд требований по прочности; •стойкости к, истяратго и воздойбжвим агресавяой. среды, .тароховатости,' ' крупгостч и т.п. Для фбрмирова-шя■ устойчивого в&велвнцого слоя лооб--ходило' стремиться- к' 'невысок™ скоростям , псввдобжтавния частиц' Sarpyз-ки', что ввдыггаат ряд дойолнитольннх Трабовалтй К;загрузке,

.Для фэт'с.щтрумгаго с-чоя.эти'ограничения.менее аесткие,: что позволяет рас штрить .асорртимейтзаГруэЫянх" материалов для его реаля- -

Б .рваультй^з чровэ'двшшх теоретических и эк<игаршептальннх/исслоно- •• ваний' разработаац .конструкпии .бтздроакторов' с- псевдооеткотгой / взвешенной / чэлко&врпистой';загрузкой :,im. анаэробной "п:.аэробной очгсткн•• концзнгрдр&ваягга пб> орраничэврй' .'загрязнениям.стопных вод-?.jqj очных-' заводбч. ПсевДОоетдэгптв .Загрузки ггЬтпх'К0нстр'укц;.цх: бнороадгоров .-. .--.

.создается в режиме 'Тонтанирущего слоя гидравлическим или пневматическим способом.

Б анаэробном биореакторе.принято гидравлическое перемешивание и ре. -генерация загрузки с помощью гидроэлэватора; в основу этой конструкции положен, разработанный ранее ЛИСИ биореактор для очистки малоза-' грязяо-щых вод. ;'■". "....', В аэробном биореакторе перемешивание загрузки осуществляется мелко-пузырчатым аэратором.-Для загрузки биореакторов. использован стандартный гранулированный полиэтилен, плотность которого меньше . 1,0 г/см®. Выбор этого материала обоснован результатами специальных исследований,' представленных в главе 3. Пршонош'ге• такой загрузки позволяет легче отделить' ее от' очищенной вода и взвешенной биомас-V сн Гидравлическим'способом,;а также создать из вто£ загрузки плава-■ кхций фильтр на выходе из сооружения для. задержания выносимой .био..' ' пленки и -вторичного осветления ;воды. Багрузка плавающего фильтра непрерывно обновляется, регенерируется и возвращается в зону реакции .под действием гидроэлаватора' /анаэробный биораакгор/, либо с помощью эрлифта /аэробный биореактор/, . ... Устройство .плавающего фильтра на выходе из биореакто'ра позволило, .'.как показали исследования, поддерживать высокую концентрацию, как прикрепленной, так и взвешенной биомассы в рабочей зоне, повысить производительность и эффективность работы сооружения. ; . : На разработанную конструкцию биореактора .с гювматическим псёвдооии-^ ;: 0нием загрузки получено •'поло.адте^й.ное решение на заявку на авторски .^^-.ррядетельство^^а;.'-.-;-^' .'.'.';•'••'■ . V.

л^:,'^/1- ^рэтья глава, содержит результаты экспериыаат^лышх исследова--!Г-'шй.'п^ррц^сса.аэ^бнов-м'||иаэро0вдй биологической счистки,в биоре- • :«' -' шаорах 'с ыалко'зерпиато^ загрузкой. Исследования проводились в'лабо-. раторцых и полуцроизводствешшх установках на стотшых • водах молоч-

ного завода. '"■"'.

Лабораторные исследования / 1 этап /• проводились с пель?> и качественной отшпт особенностей процесса изъятия загрязнение .-косодеряаншх сточных вод, дипашши изменения характеристик биомассы в биореакторах с применением различных мелкозернистых материалов и вибора вгпа загрузки 'для разрабатываемыхтипов биореактороБ с псев-доо^ижошгом слоем. \ '- ..

Хаборг.торшю установки работали в аэробных условиях. Испытывалясь три пина мелкозернисто"! загрузки - гранулированный полиэтилен, полистирол и ктрцавоГ; песок, шотностьп, соответственно 0,94 - 0,97, 1,04 и 2,68 г/см3-, и удельной поверхностью .800 , 700 и 2200 m'Vm3. • Лабораторные биореакторы работали в-полунепрерывном разимакоторый ' позволял изучите ход прсцебса очистки в-период нарашивания биомассы, динамику изгят'тл загрязнений, и роста биомассы. при изрленении нагрузки .по загрязнениям при применении разннх видов загрузочных vraTepn- • алов для их сравнения. Исследования Доводились прк постоянно!1? - '' температуре /около 20*С /и достаточной so,всех опытах интенсивности аэрации с тем,-чтобы ¡геклсчитй влияние этих факторов при аналн- ; зз получзншк результатов. ' .'. ' ■

- Началышй период работы бторзактОров - период'яаративания био-. массы / проводился при нагрузке 1,5 г ХГК/л - ежесуточная разовая ' добавка субстрата/ V продолжался; 9 ,- 14'суток., К концу этого срока; в биореа:сторе,установилась'.постоянная концентрация•црмсрздаанноД п.. взве;иешгоГ:-6ИОЭД.СОЫ, а эКект'очтмтк'гйо.Х1Ж достигал' 60 - 701. , Б пуского!; яер'юд. разовая нагрузка: ао ОТ< на'обпгу^ биомассу изменялась п'пределах от 050 ,мг/г /в парвыэ сутки-/ -до 100. иг/т /в, конце пускоеого пэриодаС Б* да;;ьнзЦлзм нагрузка на биомассу 'достепзняо' • уменьшалась1 до <15 мУг.' -1: ;;.•'•'." - -'•'•-.'. '.'. :

■ . 1'aivO"; 1-лтрокчД диаиазон •ио.пьтаашх нагрузок пооволш. ергшйихь.

jjaüOTy önopjaicropoii о разными tu,нами ьагруьочных материалов ь 1*»з-личнюс* рэаашх биологической очистки / наполни«, полная биалогическая очистка, нитрификация/, и обоснованно выбрать вид загрузки. ' Анализ полученных данншс показал,что е биррошсхорах с $оитапиру«вим ' слоем йонцентрадия закрепленной на загрузке биош ешс» / по с/а проведения периода' наращивания / устанавливался практически постоянной лия каждого вида загрузочного материала незавлсдго от Ее.'пччшг нагрузки по загрязнениям, и составляла в.орэдноы 4,2 г/мь дед гошга-тиланоьих граодк,' 3,52 г/м2 няя полистирола и 8 г/м° для ueoi.a. Объясняется а.то''хорошей .рзгонерациои загрузки в •йонтлиирупним слое за счет веашшого трзния частиц при их интонсиьцовд пер-зшвшшда. Указанным значащим концентрации гсрикрчплалной биомассы соотштсх'ву-ет тодаина биопложи 100,- 300 дам; при которой имеют место впсокие скорости утилизации субстрата, и макс"г здьнаа плотность биоценоза, ■ Результаты лаборатории'дорчЦовашй -по очистке сточных вод ь биореакторах о различными видами загрузочных .материалов приведипи на '. pnc¿ 1.. Получвкщна.дашшв:аввдзх'е^ьссрум о сом, что эффективность , очистки, ХШС очищенной жидкорти и• производительность' биореактора . ' практически на зависели'от вида вводотой в него загрузки, Установлено, что в зоне биореакции наравне о прикрерлолдал. биоилиякой активно работала и взвешенная'биомаооа, которая в"фонтанирующем слое отрывается, от загрузки в. относительно молодом возрасти и обладает внсркой окислительной■способностью.

Количество общей биомассы' /' прлкраштнньа и взваленная / такие не зависело oí вица применяемой в. биороакторе загрузки, а ояределя-• лось режтюм, проведения процеоса; и соответствуют»» ему приростом . биомассы. Бто и-объясняет практически одинаковую ггроизцоцительлооть 'установок о различными видами загрузки /, при одинаковых нагрузка^.

При измойфгои количества. &агрузоч;юго' материала и 'биороакторе

ж,

иг/Г

т йоо 1№ ш ш

400 200

уХЛК

<<КхЧЧЧЧчЧчХкЧЧЧ-\ЧЧхЧЧЧЧ

4 t

• полиэтилен

v^KiOOQwvx t * /г tap/ft ьыи jiecc ж

/y\i :

* ХЛА

ш '¿¿¿t Y/fS,

%

ЙО 75 60 45 30 15

Sl

to 12 М '6 '£ 20 22 24 £6 £3 ¿f сю.

Рис. 1, Изменение ОТ' и эГфекта очистки сточных вод ь лабораторных .установках биореакторов с различными видами загрузки.

соответственно изменялась концентрация црикрзщганной а взвешенной биомассы.;Увеличение объема загрузки приводило к щ.сщо^цнонал&ному повышению количества прикрепленной биопленки и сшиешт концентрации csaeiaeiraoi биомассы и', наоборот, при уменьшении объема загрузки опиралась относительная доля прекращенной биомассы. Таким образом, не пользование взвешенной биомассы позволяет увеличить производительность сооружения без введения в него значительных объемов загрузочного катерйала.Биомасса сорванная с частиц загрузки в фонтанирующем слое образовывали ю'отнио структурные хлопья, которые хорошо оса-здаотся. Ийовый индекс этой 'бно.чосен сосЧ'аы.-.и ' 40 - 60 см3/г. -■•"■;•'

., возможное?ь повесить яроизводателъность бпор^исторов без увели- '•' чзния объема.; вводимого материала оацуаки била рмашзог-аяа в кон-струкцнлх поj'ynpoт:сводстпзч.шх. установок j! ракд-.ботаины:: конструк-

:.пях полномасштабных биореакторов.

В качестве загрузочного материала для дальнейших исследований, применялся стандартный гранулированный полиэтилен, который хорошо регенерировался'и, главное; дозволял создать плавающий фильтр на выходе из сооружения, с помощью которого в зоне реакции зацёрнива-лась взвешенная биомасса. •

Лол упроизводственные исследования проводились на двух опытннх установках, 'работающих- на сточных водах молочного завода. Первая установка - биореактор с гидравлическим перемешиванием мелкозернистой' загруакч, работала без. подачи воздуха'в анаэробных условиях, вторая -установка - с пкзвматичеек™ способом псевдоолижения, в аэробных условиях. В ходе проводили исследований, в соответствии с программой, изг.пнялпсь слздутагае параметры: нагрузка по органическим за- ; грязнониям на биореактор,. концентрация •загрязнений поступать сточных год, температура сточных вод, а такш объем!загрузки находящей--с.ч в биореакторэ. -В, качестве загрузки был применен полиэтилен . " с/^- 2,7 т. Объем-загрузки'изменялся в пределах 5 - 10% от объема зоны реакции. ' • ' . :.

Исследования работы анаэробного биореактора•проводились в че-тырэх основша радагоах. Температура в зоне реакции составляла • 25 - ЗО'С. -Диапазон концентрации .загрязнений чвхо.ташх сточных вод по режимам f ВТК = 400-- 2470 мг/л / соответствовал диапазону изие--. напгл ХГСК и БПК в сточных-водах молочннх злвоиов различного про'Еи- ■■ ля. Прцчврглнпе требуемой концентрат»¡га аогг^ап-зияЯ в' исхода^. водэ,>. •производилось'побаской к.сточш.'М.волам за:-от разбавленного молока. ■ < 'Ьгрузкя по Шс; на бяор.а.гтбп помечалась- по. рата •*:.ч от 0,87-'кг/м3сут го 13 г.гА^сл', продол,зч'голшость стоялых' год в зоне ■ ■

/.'.¡акции - от .24'до .5,3. час. ,Чрч эгта уи.овш.х ' аропшзолгтол ьностЬ; ;' . 5Ст.-.иогх!:_ по ко ли изотру ел;чг-*'з-огрльчэнпЛ чо-Л'^ пз\'эщц>аоь от

0,61 До 9,0 кг/м3сут, и эффективность очистки ito ЛЛК от 59,3,2 до 81,80%, по Б1Шпо;,н - от 64% до 94,15?. Результата hcoj о.яо1 анай показиьаюг,' что удельная производительность анаэробного биореактора повышалась практически пропорционально величина нагрузки на биорэпк-тор, соответственно изменялась и величина скорости изъятия органических загрязнений от 25 до 375 мг/л .час.

•Лм работы анаэробного.биораактора с гидравлическим перемешиванием загрузки, особенно. 1фи низких нагрузках, требовалась повышенная рециркуляция сточных вод, при которой с помощью гицроолеьи-тора обеспечивалось псевдоо.шкение загрузки.

Оценивая результаты работы анаэробного биореактора со взвешенным слоем загрузки необходимо отметить, что'прт' есэх испуганных , нагрузках в нем достигался достаточно стабильный эффект очистки сточных вод, однако, дает при низких нагрузках качество очищенной вода не соответствовало полной биологической очистке. Поэтому анаэробные биореакторы f/огут быть приманены лишь для предварительной , • / неполной / очистки сточных вод молочных завоцсп.

Работа аэробного биораактора с пневматическим ясаъдоожиженшл ' мелкозернистой, загрузки•/.2-я установка / исследовалась в пяти основных режимах.В них ХГК исходных сточных вод изменялась от 130 дб 2150 мг/л, БПКдодд от 112 до 1849 мг/л, а время аэрации сточных вод в зона реакции от 4 до-12 часов. Температура сточных вод составляла 13 - 20'.С. Нагрузка до-ХПК на биореак^ор по режимам иам^цшась в диапазона 1,18 - 7,4 кг/мэоут,- окислительная мощность составляла 0,87 - .4,61 кг/м3сут. При этом эМекг очилтки сточных род колзбалсч в пределах: п? Ш*?0• да БЯВ^ц^о* 98"

ДО 37,7%, '; >■ . . : ; ; !' У'.^, у}]/-•' ..''. <■.' 'Режим полного псеьдоо»ижзнкн-загрузки достигался при интенсивности аэрации' 10 м^/Аас. Подаваемый в биореактор расход возлуха'ссс- .

таьлял 27 - 31 м8/оут, что соответствовало интенсивности аэрации 11,3 - 12,9 мэ/м2чао.

В ходе исследований работы полупроизводственных биораанторов в указанных режимах было установление, что при объеме загрузил из полиэтиленовых гранул равной от объема бнореактора за счет устройства плавающего, фильтра хз той го загруаки на выходе на сооружения, удается поддерживать в зоне реакции концентрацию биомассы в пределах 4-11 г/л /в зависимости о* нагрузки/. Иловый индекс взвешенной биомассы колебался в пределах ,40 - 70 см3/г. Для сравнения следует отметить', что в обычных аэротенках при очистке сточных вод молочных заводов доза иласоставляет 3 - 4 г/л, иловый индекс . 120 - 200 сна/г и выше. -

Ё зона фильтрования блораактора происходила флокуляция на загрузке хлопьев ала, которые затем лэгдо отделялись при регенерация филы-ра. Время обновления загрузки фильтра при его непрерывной регенара-' ции и скорости фильтрования 5 - Ю м/час должно составлять не более

4-8 час. ." . ■.'•";•

В четвертой главе приводятся результаты обработки опытных данных о целью выбора математического описания процесса биологической очистки сточных вод в биореакторсх с псевдоожижеяной мелкозернистой загрузкой, основанного на учете реальной гидродинамической обстановки в сооружении и-экспериментально установленных закономерностей кинетики изъятия загрязнений. ( .

Особенность структуры потока в биореактбре с гидравлическим способомперемешивания загрузки, создаваемого с помощьв гидроэлеватора, обусловлена неоднородность») слоя, загрузки в'.вооходящем потоке жидкости. В зоне действия гидроэлеватора он представляет собой лсевдоожлжанныЗ слой из гсплнваших гранул, верхний слой за-

грузки находится в гшшаго.ем состоянии, Очевидно, что характер потока жидкости по высоте сооружения будет неоднороден и может изменяться в зависимости от расхода подаваемой жидкости, напора на входе гидроэлеватора, его конструктивных параметров.

Для описания структуры потока в биореактора о гидравлическим перемешиванием загрузки выбрана ячеечная модерь. Установлена возможность использовать полученные ранее зависимости /1 - 3/ для описания гицродиначщш этих аппаратов в иных условиях работы. Зависимость критерия Пекле от критерия Рейнольдса /1/:

• Ра »A'Ñe"* /1/

где а ' £ - критерий Рейнольдса;

V¡¡ - приведенная скорость потока, м/с\

кинематически'! коэффициент вязкости, м~/с;

удельная поверхность загрузки, м2/м3;

А, а - коэ]4'Ит1Ионти, определяемые экспериментально. А = 0,055;

а = МЭ1,

Р& - критерий Пекле;

/

L - длина пути жидкости, м; ■ ¿)t~ коэффициент диффузия вещества. Связь между критерием Ре и числом ячеек

Скорость перемещения полиэтиленовых гранул загрузки в объеме биорэактора:

/з/ .

где гидравлкч'-'ская погр.зка, м3/м^сут;

П- гоотношочье сочзнш горловины и сопла гидроэлеватора.

Структура потока жидкости и «Зиорсакторах с пневматическим перемэши-

ванном загрузки мОжэт быть с достаточной точносгыо онйеана мод-и ь'о ип>ального смешения. ,4ju¡ аппаратов с отношением пиртш к длине 6* L - 0,5 : 1 Kp"TJp«íiiPe равен 2,70, что практически близко к • игральному смосятолю. Для сбздания полюго т^кмепншаипя загрузки ■ интенсивность аэрапии'соотаггяот 10 м3/м''час / что меньше, чем требуется для ваввтчванил активного ила /, расстояния ивупу аэраторами цолжно быть но болов 200 мм.

Показано, что прочес с изъятия зпгчи/ятж'О л бпор »акторах с гшцхаЛччооетм- по;)омвашш:гюм достаточно илокшгпо опио'шаотсл-ячоэчной моделью CTpyi.Tyj.iu потока и уравнением нестационарной кинетики биохимического процесса 1-ого /пелкпопзрвого/ порядка:

Cuy

Пртт обработке полеченных экспериментальных цанних на ÜM ЕС-1032

. получена »мпирическш захлс'мость коаЭД-ипивятя скороетп изъятия

органичеекмх загрязнений / Кп / из сточных г-огс молочних заводов.

в анаэробных биорэ.акторах о пеавдроламвинш. олоо« мш-коаэрпистЬИ •'

з-'Г'))".ки в виде: - .'*

м —_-ASáf , ~ хек \ OS6f.

где *£"- время пробыв:'Ш!*я/зточных.вод-в зоне реакции, час; САог исходна« концёнтратцш Еагрязноний стогш-гг гол:,- -лт/л\ ■ К0 - 0,138[-<.кинатическая кметанта; Степошше показатели -п ¿спю №«.»«» л 'константа в. уравнении /5/ получены при температуре 25 \С. При другой томпэратуре Ч . -

где -Т - .температура сточных вод,- *0;

В- температурная поправка, равная 1,04?' ' Утр. аэробного биораактора -с. нпогаат'гискп'-- способом по'ремо-шигапкя• загрузка;исходя /подали.идеального сдалнтя,- применено •

- 'Л -

ypaiiwiino /7/:

Свш

Обработки:' ükohoíM зптлышх дашшх на L-L¡¡ nojучипа aai ïoh^oovl иО'аф)Л1цпонта я-лмтил оргаа'.'чзских з^гряшилий /IC¡,/ в аэробном биоС ПС! ;ШЮО1.:1::;0!Ш1Ш CJ-.ÛJM МО» КОЗОрИИСГОЙ 3 ivpyoiül li bil/IOS

M

ni o ¿; - 0,523 - кшш'ичоск.-ш константа,

!.ai:nc ■ voc'j"i ко:.!. 4i»i í-iwt: Гц, от rpe':u:i;T и исходной концамrj<u-цпи u¿ir¡)j:;j¡i jiiihi о :■ о i.njх i on п^чвецош на рпо, 2 •

Урш Mijifiui /5/ и /0/ олам-лчн! uw* хо.юшутнцн. . с о.,сч)ри-мо!1талг.ш.ми imnmi.ui, 1 vnwia иогязок ¡шчатш.тс и опытник Дд.ишх но пропиши а 20

В пятоЗ глаьо пришдэны p'jnOMeii Дании но расчоту и про актированию биороа.-гороп с мелкозернистой уагруысоЛ mi очистки сточннх код предприятии мо/очпоД n^wvíuuü'ouiiocyii, и дани при v. ори моирэпия к ' тохнико-окоиомичоскио noit;,uaTeJïi этих coopytoimii. .

На oc«or.anmi npoionciinuic исагодоишиЯ прэд-южзни тохнолошчоо-киа охеш in полны, >толюЛ и глубокой рЧ1-слси сточннх г.од uojочанх за1.о«1У1. о jiQ'iojibboi-.H 'iïm í..tJ<ico'i'.4Hii;í!c конструкций аэробного и штабного бИОраиКТОООГ /pi!C. 3 /.

Расчэт биороакторов производится на основе уравнений /1-8/. 'азработани рекомендации по расчету и пдоектироваииы оооружениЛ полюй биологической очистки' оточннх ьо'д Moj очнчх заводов. Рекошнда-;ии разработаны для двух вариантов: - для очистки оточиых еод молоч- ¡ их заводов с исходной. концентраииаЛ органических загрязнений по ПКпол,. = 1200 мг/л, и для очиотки сточных вод сыродельных заводов Шполн. = 2400 мг/л.'По этим рэкомэвдагдиям институтом Ленводока-

V Луг

(' вут

Рио. 2. Зависимости ко8#ицивята ^ от времени н иоходной концентрации органических вагряанений сточных вод. а/ анаэробный биореактор; б/ аэробный биореактор

I вЛмкагяенчааа» схема {полно*} м иегголно*!) стояки

£

г

Рис.3. Рекомендуемые технологические схемы очистки сточных вод молочных заводов. '■

1-первнчянй, отстойник, 2-акаэробный биореактор о псевдооки-,', женньгм слоэм, З-азробный биореактор с ГС, 4-биосорбер, 5-ана-зробное сбраживание осадка, 6-аэрсбннй стабилизатор, 7-уплот-' 'нитель-, 8-иловне стощадки, а-подача СБ на ОС, б-отведениэ

очищзгшой волн, в-'чодача МИ из аэробного ЕЧО в анаэробный, • ■ : г-подача осадка на обработку, д-еывоз обработанного осадка • ча о/х поля, е-возв.рат жидкости из обработки осадка в голову.

с- ос. " ' : ■': " ■ .■' . ,■• ■

налпровкт разработан экспериментальны;! проект аэробного биореактора о' псевдоожижвнной загрузкой на производительность 400 м3/сут. Разработанные конструкции биораакторов применены институтами Хпро-вОградагропроект и Киевагропроект при проектировании очистных станций 5 молочных заводов Кировоградской и в Киевской областях. Разработаны и выданы рзкомондации на реконструкцию очистных сооружений 1-ого молочного комбината г, Санкт-Петербург.

Себестоимость очистки сточных еод в разработанных биореакторах составляет 0,28 руб/м3, ожидаемый годовой экономический эВДюкт /на объем внедрения -1.,0тис. м3/сут сточных вод/ - 37,5 тис. рублей /в цанах 1990 г./. Экономия дост'т^ется за счэт интенсификации процесса очистки, повышения, производительности сооружений, снижения эксплуатационных и строительных затрат.

Основные вывода.

1. Б результате проведанного литературного обзора показано, что интенсификация процесса биологической очистки сточных вод предприятий молочной промышленности мо::;эт быть осуществлен!-в биореакторах со взвешенным / псзвдоо.-шмшшм / слоем загрузки.

'2. На основании теоретических и экспериментальных исследований виб]этн наиболее выгодный режш поевдоолшсения загрузки - Тюнтаниру-юштш слой, при котором обеспечивается непрерывная регенерация частиц загрузки,' повышается надежность .работы биораактора, упрощается конструкция распредолител лшх систем.

3. Изучена динамика.роста бчомассн на загрузке, условия ее ро-генерации хо взЕешонном слое, влшцчэ прикрепленной и взлылочиОЙ биомассы на эТх; ектгвность работы бчореактора, обоснован шбор вида загрузки.

4. Чподло.-;:эни и разработаны конструкции блореакто^ок с ти.црат>-

.ческим и пневматическим способами псевдоолсиженяя загрузки из полиэтиленовых гранул, обеспечивающих условия для создания и поддержания еысоких концентраций прикрепленной и взвешенной активной биог массы. На конструкцию аэрсх 1ого биореактора получено положительное решение на заявку на изобретение.

5. .3 результате лабораторных и полупроизводственных исследований по очистке сточных вод молочного зарода в аэробных и анаэробных условиях, определены скорости процессов изъятия органических загрязнений, оптимальные технологические параметры работы аэробных и анаэробных биореакторов, предложенных конструкций.

6. Предложено математическое описание гидродинамических характеристик биореакторов, кинетики изъятия загрязнений сточных вод молочных заводов в аэробных ч анаэробных условиях. Получены достаточно адекватные математические модели испытанных т. лов биореакторов

со взвешенным /псевдоожиженным/ слоем загрузки.

7. На основе результатов исследования разработаны рекомендации по расчету и проектированию биореакторов с' псевдоожиженным слоем мелкозернистой загрузки, технологические схемы полной и неполной очистки сточ>пг{ вод молочных заводов на этих типах- биореакторов.

8. Результаты работы внедрены на стадии рабочего проекта институтом Хенводоканалпроект и попользованы для проектирования 5-ти

' очистпх станций в Кировоградской ч Киевской областях, выданы реко-мондашп: по реконструкции очистных сооружений молочного' завода' г. Санкт-Петербург. Олсидаег/ни .экономический э^ракт составляет 37,5 тыс. г. год на расход суточных год 1,0 тис. м3/сут., себестоимость очистки ^точних ео.т - 0,28 руб./мэ /по ценам 1990 г./.

■ .. Пуб/г^а-ппт. '

Оо:;чгл!.'о полстенгл .шпсчртьлкоийой работы опубликованы в ела-,

• V.;-.-- ;:с •> ¡■••и-тл-; ;

1. Ю.А.Феофанов, Е. Райцыкова. Биореактор о ожиженным слоем загрузки. // Очистка сточных вод и подготовка воды для промводоонаб-яэяия. - Материалы науч.-тах. семинара,- Яовополоцк, 1990.- о. 39.

2. Ю.А.Феофанов, Е.Райцзыкова. Исследования биореактора с обиженным слоем загрузки для очистки оточных вод. // Человек - труд -экология. Теаисн докл. Всесоюэ. науч.-практ. конф,- Волгоград, 1990.-с. 152 - 153.

3. Ю.А.Феофанов, С.М.Палашия, Е.Райцзыкова. Гидродинамические характеристики насадочных биореакторов для очистки воды. // Исследования в обл. водоснаб., канализации, вентнл. и кондицир. воздуха.-Межвуз. темат. об.- Л.: ЛИСИ, 1991.- о. 8 - 12.

4. Ю.А.Феофанов, Е. Райцзыкова. Результаты исследований по очистка сточных вод молочного завода в биореакторах с псевдоожиженным олоем. // Повышение эффективности работы систем водоснаб., водоотводе--ния, очистки прир. и сточных вод.- Межвуз. темат. сб.- Л.: ЛИСИ, 1991.- о. 21 - 25.

5. Ю.А.Феоуанов, Е.Райцзыкова. Еиореактор для очистки сточных вод.- Заявка № 4886941/26. Положительное решение о выдаче авторского свидетельства от 26.06.1991-г.