автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Доочистка биологически очищенных городских сточных вод фильтрованием

ОМИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

. КАЗАХСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ ИМЕНИ АКАДЕМИКА Ш.Ч.ЧОКИНА

На правах рукописи

ХИНАМ ХАЛИЛЬ АБДЕЛЬ-ШТАХ ЭЛЬ-ЭТРЕБИ

ДООЧИСТКА БИОЛОГИЧЕСКИ ОЧИЩЕННЫХ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД ФИЛЬТРОВАНИЕМ.

специальное^

05.23.04

Водоснабжение, Канализация,Строительные системы охраны водных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Алматы - 1995

Работа выполнена в Казахской Государственной архитектурно-строительной академии КазГАСА.

- доктор техн. наук, профессор,академик Инженерной. Академии Республики Казахстан М.МЫРЗАХМЕТОВ

- доктор технических наук, профессор М.Г.НУРБА

- кандидат технических наук, доцент Е.Т.ТОГАБАЕВ

- ГПЯ Казводоканалпроект

Защита состоится " (2- " декабря 1995 г. в часов на

заседании специализированного совета Д 27.08.01 при Казахском Государственном институте энергетики имени академика Ш.Ч.Чокила по адресу: 480012, г. Алматы, ул. Байтурсынова, • 85.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке института.. '

Вам отзыв на. афтореферат. заверенный гербовой печатью, в двух экземплярах просим направить по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря Специализированного совета.

Автореферат разослан "_/£_" ноября 1995 г.

Ученый секретарь специализи рованного совета Д27.03.01 с.н.с., к.т. н..

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущая организация

——К. А. Сулейменов

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темкг, В настоящее время расходование воды, связанное с ростом благосостояния людей постоянно растет и нуждается во всемерном развитии. Большая его часть~90% сбрасывается обратно в реки и водоемы в виде сточных вод, загрязненных отходами хозяйства.

Сточные воды, после полной биологическое очистки имеют БПКп^л>Г 15 мг/л и "Римерно такое же количество взвешенных веществ. Эти показатели являются практически предельно достигаемыми на сооружениях биологической очистки. Содержащиеся в биологически очищенных городских сточных водах суспензированные частицы активного ила. остаточные органические загрязнения. ПАВ. биогенные элементы и бактериальные загрязнения оказывают вредное влияние на водные ресурсы. Из-за продолжающегося загрязнения водоемов и ухудшащейся экологической обстановки такое качество - биологически очищенных городских сточных в_д в большинстве случаев оказывается уяе недостаточным, особенно в условиях аридной зоны, где необходимое разбавление сточной воды с чистой природной водой ке обеспечивается. В условиях Республики Казахстан, ввиду ; отсутствия крупных рек и водоемов городские сточные воды после'механической или биологической очистки направляются в специальные накопители, которые представляют значительную опасность для окружающей среды.

Дсочистка сточных вод есть методы, .обеспечивающие доведение сачества очищенных сточных , вод до качества воды естественных зодоемов или до требований,удовлетворяющих повторное использо-зание в промышленности и сельском хозяйстве. Применения методов юочистки сточных вод в аридных зонах, таких как. Республики Сазахстан, Египет имеется острая необходимость. Поэтому разра-5отка и внедрение методов глубокой очистки сточных вод на пригаре Казахстана представляет актуальную проблему.

Из всех методов очистки наиболее широкое распространение голучил метод фильтрования. Однако ' фильтрование сточных вод ¡меет свои особенности и слошюсти связанные с физико-химичес-шм и биологическим составом сточных вод.

Цель работу: исследование и разработка метбда фильтрования ¡иологически очищенных городских сточных вод (БОГСВ) для обес-[ечения их повторного использования или санитарных условий :броса в естественные водоемы в условиях Республики Казахстан.

Научная новизна работы:

- разработана эффективная технология доочистки БОГСВ филь трованиен на зернистых фильтрах для условий Республики Казахе тан;

- определены оптимальные параметры процесса фильтровани БОГСВ для обеспечения их повторного использования в промышлен ности, сельском хозяйстве или санитарных условий сброса в водо емы; ' I

- определены эффективные фильтровальные сооружения для доо чистки БОГСВ, учитывающие состав сточных вод;

- разработана конструкция двухпоточпого фильтра, па который подана авторская заявка;

- исследовано влияние коагуляции на процесс фильтрован!» БОГСВ;

-'технико-экономически и экологически, обоснован метод доочистки БОГСВ фильтрованием на зернистых фильтрах для условш' Республики Казахстан. ' ч г

Практическая псииость работы: ;

- даны рекомендации, по выбору фильтровальных сооружений длг доочистки БОГСВ;

- определены оптимальные параметры процесса фильтрования и условий эксплуатации, обеспечивающие заданные требования;

- разработана более совершенная, конструкция нового двухпо-точного фильтра; . .

- предложены рациональные технологические схемы Фильтре а-ния БОГСВ для условий спуска в .естественные водоемы, и для целе$ повторного использования; : -

- дана практические.рекомендациипо регенерации Фильтрувще! загрузки; ■ ..■•'"/' '■■''■у"- '-;■'"'•'..'. л- результаты работы переданы ГПИ Казводокаиалп'роект и концерну Казжплкомхоз для практического использования при проектировании схем доочистки фильтрованием БОГСВ, с учетом . специфических условий Республики Казахстан.

- результаты исследований используются в Казахской государственной архитектурно-строительной академии в учебном про цессе специальности 4306 .-.Водоснабжение, водоотведение и охра на водных ресурсов.

- Настоящая разработка по доочистке фильтрованием БОГС

найдет применение и в Арабской Республике Египет, которая также относится к аридной зоне . где остро стоит проблема охрани и рационального использования водных ресурсов.

Па защиту выносятся:

- технологическое моделирование процесса фильтрования 50ГСВ;

- результаты экспериментальных исследований по схеме грех-, двух- и одноступенчатого фильтрования БОГСВ;

- результаты экспериментальных исследований влияния коагу-пяции на процесс Фильтрования БОГСВ;

- усовершенствованная конструкция дзухпоточного фильтра;

- методика расчетов фильтров доочистки БОГСВ на основа ре-¡ультатов экспериментальных исследований;

- результаты .технико-экономической эффективности предлагае-юй одноступенчатой схемы фильтрования БОГСВ на пе»ополисти-юльных фильтрах.

Аппобзиия работы: Материалы, изложенные в диссертационной >аботе, были доложены на научно-технических конференциях Казахской государственной архитектурно-строительной академии в 993-1995 г.г., на Республиканской научной.конференции (г.Алма-ъ,', 1994). и на международной научной конференции "Охрана окружа-¡щей среды" (Пакистан, г.Лахор, 1995 г. )

ШЙйШШШ«. По результатам выполненных исследований опуб-шозано'2 статьи к подана 1 заявка на изобретение.

Объем работы. Диссертация состоит из зведекия. ояти глав и «водов, изложена на 197 страницах.в том числе 118 страниц •екста, содержит 86 рисунков, 24 таблиц и 1 приложения. Список юпользованной литературы включает 8Э наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первый глава излоаен обзор и анализ литературных данных ю способам доочистки сточных под, в частности г.о применению [етода фильтрования, приведено описание различных конструкций юрнистых Фильтров, 'применяемых' при доочистке БОГСВ, отмечены

— о -.

особенности фильтрования БОГСВ.

Универсальными сооружениями могут характеризоваться фильтры доочистки городских сточных вод. поскольку через них можно, снизить концентрации взвешенных веществ, ЕПК, хпк, фосфора, нитритов в доочищенных сточных водах. В месте с тем проектирование я эксплуатация фильтров доочистки городских сточных вод должны отличаться от тех фильтров, которые используются на водоочистных станциях. В некоторой степени ото объясняется существенными отлидоши в процессах доочистки БОГСВ'от очистки природных вод. обусловленных различным составом фильтруемых суспензий, режимом изменения расхода сточных вод в течение сутки и но времени года. Характер взвешенных веществ, содержащихся в городских сточных водах после вторичных отстойников, представляющих собой частицы активного ила, отличается от характера взвеси природных вод сильно выраженными адгезионными свойствами. - способностью этих частиц к биофлокуляции без добавления каких-либо реагентов, : а также специфической прикрепляющей способностью входящих в состав активного ила микроорганизмов.

Значительный вклад в теорию и практику Фильтрования БОГСВ внесли ученые Курба М.Г..4.Шевчук Б.И.. -Приходько В.П., Якимчук Б. П.. Гецина Г. И.,. - Смирнов В. Б., О' Гироль H.H., Кравцова Н.В., Лавринешсо К.И., Мотыгина Н. К/. . : Мягкий Д.Д.; Шабратько В. К. и др. За .■•последние 30 лет в области фильтрования. БОГСВ накоплен значительный'опыт. В результате которого, с одной стороны совершенствовал» фильтры, используемые в технологии очистки питьевых вод для доочистки сточных вод,, с другой стороны разрабатывали новые целесообразные конструкции для фильтрования БОГСВ.

Фильтры с восходящим потоком воды и фильтры с пенополисти-рольной загрузкой обладают многими преимуществами ¡над другими. В этих фильтрах простейшим образом реализуется .принцип фильтрования в направлении' убывающей крупности зерен загрузки.. Одноко. специфической особенностью городских сточных вод является многообразие их состава/; связанное с особенностями природно-климатических условий и инфраструктуры; промышленности.. Ввиду. того, что материальные затраты на строительство и .эксплуатация фильтров доочистки значительна, необходимо технологическое моделирование процесса фильтрования БОГСВ с учет конкретных условий и ситуации.

Настоящие исследования проводились на базе станции аэрации г. Алматы. Для решения поставленной цели сформулировали следующие задачи исследований :

- исследование состава и свойств БОГСВ г. Алматы:

- технологическое моделирование процесса Фильтрования БОГСВ;

ч

- определение эффективности применения трех-, двух- и одноступенчатого фильтрования для доочистки БОГСВ;

- исследование влияния аэрации на процесс Фильтрования БОГСВ; 1

- определение эффективных фильтровальных сооружения для доочистки БОГСВ; '

т исследование влияния -сернокислого алюминия на процесс фильтрования БОГСВ;

- разработка оптимальных схем доочистки БОГСВ фильтрованием;

- технико-экономическое и экологическое обоснование метода доочистки БОГСВ фильтрованием для условий Республики Казахстан.

Во второй главе приведены описание схемы и технологические параметры очистки сточных вод г. Алматы, состав и свойство БОГСВ и условия их спуска. Алматинская станция аэрации запроектирована на производительность 560 тыс. м3/сут. Она состоит из механической очистки (введена в эксплуатацию в 1970 г.), биологической очистки {введена в эксплуатацию в- 1980 г.-) и канала длиной 45 км, отводящего очищенные стоки в накопитель Сорбулак. и Правобережного сбросного канала.

После полной биологической очистки на станции аэрации г. Алматы эффект очистки по взвешенным веществам составляет 91-94 %, по БПК 90-93 %. что является предельно достигаемым для данной схемы очистшг .

При существующих объемах поступления БОГСВ в количестве 200-220 млн.м3/год, имеющейся на сегодня свободной емкости, накопителя Сорбулак не хватит на длительный период эксплуатации. Поэтому часть БОГСВ по Правобережному'каналу направляется в маленькие, последовательно соединенные водохранилища типа биопрудов в сторону р.Или. После доочистки в биопрудах с высшей водной растительностью и обеззараживания хлором предполагается сброс в р. Или,который в виду критической ситуации начали осуществлять с сентября 1995 г.

Однако, учитывая сегодняшнее состояние загрязнения окружающей среды, следует допускать сброс даже" биохимических сточных вод г.Алматы в реку Или как крайнюю меру и только в исключительных случаях на кратковременный период в качестве катастрофического сброса. Особенно встает вопрос безперебойного снабжения хлорным дезинфицирующим веществом, который в свою очередь не гарантирует полного вирусного и бактериологического обеззараживания, поскольку патогенные организмы защищаются от хлора взвешенными веществами, находящимися в сточных водах. Более того в процессе обработки БОГСВ хлором часть последнего образует хлорпроизводные с органическими веществами (частицами активного ила, водорослями). Указанные производные не удаляются традиционными методами дехлорирования, аккуммулиручтся в водных обьек-тах. Они являются потенциальными мутагенами и концерогенами. '

П третьей главе описаны основы технологического моделирования процесса фильтрования и постановка опытно-экспериментальных исследований. Фильтры работающие на конкретных реальных водах, вместе с фильтрующим слоем представляют:собой сложную систему. Это в свою очередь вызывает отклонение от оптимального режима/ основанного на математических моделях процесса фильтрования, и вызывают сложности инженерного расчета. Поэтому для каждого конкретного случая возникает необходимость применения технологического моделирования с целью определения значений основных параметров процесса фильтрования. . \ ■

Согласно теории Д.М.Минца процесс фильтрования можно выразить дифференциальным уравнением:

3®У бу бу '

- + - + -=0 . (1)

. 5Х 6Т . 5Х 5Т -

где у=С/С0, С= С(Х,Ь)-мгновепное значение концентрация взвеси вводе в данный момент времени. Ц. С0-концентрация взвеси в исходной воде;

Х.Т - критерии подобия процесса. • -

X = ОХ . Т = аЬ . (2)

где. Х-толщина зернистого слоя; Ч- время от начала процесса;

О- параметр, фильтрования, определяющий интенсивность прилипания частиц и зависящий от .условий фильтрования: а- параметр фильтрования, определяющий интенсивность отрыва частиц и зависящий от условий фильтрования.

Из уравнения (1) следует, что изменение концентрации взвеси в воде при ее движении через зернистый слой определяется только значением критериев подобий Х,Т т.е.

С/С0 - Г(Х.Т) (3)

Величины параметров процесса фильтрования "О" и "а" определяются методами теории размерностей. Эти параметры могут зависеть от следующих основных факторов: скорости фильтрования и; крупности зерен загрузки сЗ; вязкости вода 71; плотности воды р; физико-химических, свойств воды и взвеси г. Используя теории размерностей с учетом условий практических расчетов, критерии подобий Фильтрования Х.Т можно представить в виде

Т М

т - а- , (4)

где р и а - коэффициенты, учитывающие совокупное влияние всех физических и Физико-химических свойств воды и взвеси. Согласно разработанной Д. М. Минцем и В.П.Криитулом теории моделирования процесса фильтрования, должны быть выдерканы следующие соотношения:

V г. V

п и

а 0,7й1-7 0 °-7сЗ 1

к и 11 и

1 0 ь э

М !1 „ II II

6 (3

м 1!

(5)

(6)

Д А 1;

ш ( ) . (7,

»о н А "

где й - начальная потеря напора в фильтрующем слое:

Д И- прирост потери напора за время Индекс "и" означает модель, индекс "и" -натуральный фильтр.

Высоту слоя и размер зерен загрузки в модели желательно принимать такими же. как и в натуральном Фильтре. Диаметр модели фильтра должна быть не менее чем в 150 мм для снижения влияния пристеночного эффекта .а также для того, чтобы расход вода . отбираемой пробоотборнками. не был больше допустимого для практических экспериментов значения.

Ю.М.Шехтман.Л.Н Фоминых'и др. считая основной задачей технологического моделирования - получения функций, которые позволяют. прогнозировать изменение концентрации взвешенных веществ и потерь напора в любых сечениях по высоте фильтрующей загрузки и в любой момент времени фильтрования, предлагали использовать целевую функцию:

, - Ф, (й. t,X,.Cn S.t.3 .3Л ,), (8)

!i. с С' 1 0. г £>. X

где сф-следует читать < h иС. >; h-полные потери напора. М; (^-концентрация взвешенных веществ в фильтрате, мг/л; Ф( -целевая Функция; д - скорость фильтрования, м/ч; t-время фильтрования. ч; х-толщина фильтрующей загрузки, к; CQ- концентрация взвешенных веществ в исходной воде, мг/л; S-фактор. .учитывающий изменение'процесса фильтрования воды под воздействием изменения Физико-химических свойств воды и взвеси; т-фактор, учитывающий технологическую схему Фильтрования; Зг-фактор геометрической структуры фильтрующей загрузки; 3 х-фактор, учитывающий физико-химические свойства 'фйльтрующей'.загрузки.

Таким образом целевая-:функция.! (8) теории .фильтрования определяет цель технологического моделирования как нахождении решер ний этой функции в'элементарных Физико-химических величинах -Ой. t^, х. С0. взаимосвязанных между собой. -Численние значения этгаг' величин можно измерить непосредственно или задать их при работе Фильтра. Четыре другие величины, - SD.Sr;t,Si> * ЯВЛЯЮТС5! постоянными и известными. ^ -

Ю.М. Шехтманом испол'ьзовал критерий подобия U=.%/3t для характеристики процесса фильтрования, Но так как критерий U не учитывает изменения гранулометрического состава загрузки по ее высоте, то его можно применять только при „рассмотрении процесса Фильтрования через однородные загрузки.

Преобразуя U-критерий ,М. Г. Журба ввел вместо t величину t0. Такая замена правомерна, так какt=t .где ^-продолжительность

- ч -

Фильтроцикла.. Продолжительность фильтроцикла определялась как время от начала процесса фильтрования до момента наступления предельно допустшад значении потерь напора и качества фильтрата- т-е- когда выполнится одно (пли оба) из следующих условий: ¡1 > [1:1 и С0 > (С], где з скобах предельные значения параметром. Т?.!\1!М образом

где <1> - критерий подобия работы зернистых фильтров, названный М.Г. Журба "фильтр зернистый".

В отличии от и-критерня, при использования ф-критерия предполагается рассмотрение работы зернистого Фильтра только в момент времени, соответствуют! I .

Далее, рассматривая взаимосвязь между Ф-критерием и концентрацией взвешенных веществ а исходной воде, М.Г. ЖурСа предлагал. что

»»»

Ф - —— •= КС. . (10)

х о

где к - характеристический коэффициент, мг/л; черта над

символами обозначает среднее за Фияьтроцикл значение фактора.

Действительно,.если величина С~0 возрастает, то уменьшается 5 или г ' а величину :•: в этом случае необходимо увеличивать. Из формулы (10) следует, что

К » —— . (Ш

" 'пос"о

На основании свойств Ф-критерия зависимость (.0) должна выполняться при произвольных физико-химических свойствах воды и взвеси (Э) , технологической схеме фильтрования (т) , геометрической структуре ,(Зг) и Физико-химических свойствах фильтрующей загрузки (30 х) . Постоянным величинам З.Г,Зг,Зф_х должна соответствовать постоянная величина характеристического коэффициента К . С изменением любого из названных Факторов величина К. должна меняться. -

- и -

Если закономерность (11) выполняется, ' то очевидно, она носит характер закона процесса работы зернистых фильтров, а следовательно и характер закона процесса фильтрования.

Для решения поставленной цели были проведены исследования по технологическому моделированию процесса фильтрования БОГСВ на опытной установке по схеме трех-, . двух- и одноступенчатого фильтрования. Схема опытно-экспериментальной установки с 4 фильтрами представлена на рис. 1.'

При исследовании многоступенчатого фильтрования на опытно-экспериментальной установке было предусмотрено последовательное прохождение БОГСВ через фильтры Ф-1 и Ф-П, после чего вода разделялась в распределительном баке.и параллельно проходила через фильтры Ф-Ш и Ф-1У. Первый фильтр Ф-1 - крупнозернистый фильтр с восходящим потоком воды с однородной пенополис-тирольной загрузкой крупностью зерен 5-10 мм для одной серии опытов, а 2-3 мм и 3-5 мм для других серий опытов. Второй фильтр Ф-П -крупнозернистый гравийный фильтр крупностью, зерен 2-20 мм с фильтрацией сверху вниз. Снизу второго фильтра предусмотрена подача воздуха. Таким образом в этом фильтре предполагалось совместить процессы .биологического окисления-и флокуляции. Для сравнения эффективности работы пенополистирольного фильтра Ф-Ш с загрузкой крупностью 'зерен 1-2 мм для одной серия опытов, 3-5 мм и 0,5-10.0 мм для других серий опытов и гравий-но-песчаного фильтра Ф-1У с загрузкой крупностью зерен 2-20 мм с восходящим потоком воды, предусмотрено параллельное прохождение БОГСВ через них.

Основными критериями оценки эффективности процесса фильтрования были приняты: состав исходной и очищенной воды, эффект очистки сточнйх вод. скорость фильтрования, продолжительность фильтроцикла, потери напора в фильтре, условия регенерации загрузки фильтра.

В исходной сточной воде, в фильтратах в течение всего периода экспериментов фиксировались: содержание\взвешенных веществ. БПК5, нитриты, нитраты, , аммонийный азот!' рН. Предусмотрен микробиологический анализ осадка с тела загрузки для определения видового состава микроорганизмов. Скорости фильтрования и интенсивность промывки загрузки фильтров определялись фиксированными водосливами, установленными на напорных и промежуточных баках.

Схема ошт!1о-з1о;пер!*меитам>ной установки. для проведения серии опытов по трехступенчатому фильтрованию.

Рио. 1

П четвертой главе приведены описание и резу;н>татц экспериментов по доочистке БОГСВ фильтрованием. Всего было 1С серии опытов: 6-по трехступенчатой, 2-по двухступенчатой, 4-по одноступенчатой и 4-по реагентной схеме фильтрования (табл.1).Эффективности работы фильтров' при разных режимах Фильтрования приведены в табл. 2.

Анализ результатов опытно-экспериментальных исследований по технологическому моделировании процесса фильтрования БОГСВ показывает следующее. Фильтры,•работающие.по схеме трехступенчатого фильтрования, оказывали влияние друга на друга. Наибольшее количество взвешенных веществ задерживалось в фильтре Ф-1 и фильтре Ф-П с максимальной • эффективностью 35,90 и 42.50 % соответственно. Фильтры третьей ступени сравнительно эффективно работали только при низких скоростях фильтрования В.22 , 8,45 ■ м/ч (опыт N4), где•эффективность достигала 49.4 %. а при других скоростях фильтрования "(больше .8. 50 м/ч) эффективность работа' фильтров третьей ступени не превышала 28.9 %. ■

.Подача воздуха в Фильтрующую загрузку создавало сложности в работе фильтров. . При аэрации Фильтров, работающих с большими скоростями фильтрования (20,0-30.0 м/ч), воздух не поднимался через фильтрующую загрузку, а наоборот выносился водой из фильтра. ... '

Относительно незначительное, снижение концентрации ВПК в фильтрах доочистки объясняется различием их технологических параметров с таковыми аэротенках. Виды микроорганизмов, находящихся в фильтрах, и виды , находящихся в аэротенках одинаковы. Кратковременность очистки БОГСВ в Фильтрах и небольшой возраст ила в них не способствовало появлению новых видов микроорганизмов для окисления трудноокисляемых веществ, оставшихся в БОГСВ.

При двухступенчатом Фильтровании основное количество взвешенных веществ задерживалось в фильтре второй ступени. Эффективность работы Фильтров повышалось с увеличением концентрация активного ила в загрузке. Отсутствие в пенонолистирольном фильтре Ф-Ш переходного слоя крупностью зерен 2-3 мм при диапазоне диаметров гранул 1-5 мм приводило к интенсивному росту потерь напора и уменьшению продолжительности фильтроцикла.

Для реализации принципа фильтроглния в направлении убывающей крупности зерен загрузки в пенополистирольном фильтре Ф-Ш в опытах по схеме ■ одноступенчатого фильтрования он загружен

Табл. 1

Условия и режимы проведения серии опытов по доочистке БОГСВ фильтрованием

Скорость Продолжительность

Но. Фильтрования, м/ч.. Фильтроцикла, ч.

Ф-Т Ф-П Ф-Ш Ф-1У Ф-Ш- Ф-П

1 10. 7 18.7 12,8 13.6 49.0 49. 0

2 20. 0 20,0 12. 0 12.2 19,0 19, 0 '

3 24. 7 24.7 12, 0 12.0 12. 0 12, 0

4 25,0 25,0 8. 45 8.22 14,0 14.0

5 30. 0 30. 0 12.0 12,0 10.0 10.0

6 30.0 30.0 9,40 9.40 7.-25 7,25

7 30. 0 __ 9,9 9. 9 20.5 20. 0

8 20,6 — 13,8 13.4 17,5 25.0

9 __ — 10.4 9.7 76. 0 70.0

10 -- -- 14.4 14.4 70,0 39.0

11 -- -- 18/25 18. 0 38.0 6.5

12 -- — 18,0 17, 5 57.0 11,5

13 — — 14. 0 14. 0 8,00 8,00

14 — — 10.5 10. 5 13,50 13,50

15 21.8 — 10.0 10.0 13. 50 13.00

16 — — 7,0 7.5 15,00 11.50

Табл.2

Эффективность работы фильтров доочистки БОГСВ пои разных режимах фильтрования.

Показатель. Фильтр. трехсту-печатое фильтрование. двухсту-печатое (фильтрование. одкосту-печатое фильтоо-вание. реаге-нтное фильтрование.

Взз. в-ва, % ф-1 Ф-П Ф-Ш Ф-И 14,3-35,9 13, 1-42,5 6.3-37, 1 4.9-49, 4 2,0-19.9 43,7-67,6 41,0-66.7 52,1-79.1 50,1-81,8 39.3-93.4 28.7-93.4

БПК5, % Ф-1 Ф-П Ф-Ш Ф-1У 7,7-19,6 7,3-31.9 11,9-20,3 13,0-21,7 7. 5-12,8 24, 0-26, 1 25,8-37,0 24.4-38.7 24.4-43,1 30. 5-48, 7 30,5-46,8

пятью слоями (рис.'2). В опыте N9 при достижении исходной водой максимально-допустимого уровня, часть из нее отводилась сифоном и подавалась вниз фильтра. После чего, эта часть воды фильтро1 валась' через нижний слой, а остальная часть фильтровалась через верхние слои. В результате этого продолжительность фильтроцикла увеличилась еще на 9 часов к достигла 85,0 часов.

Исследования по. схеме одноступенчатого фильтрования показали преимущества пенополистирольного фильтра Ф-Ш в сравнении с гравийно-песчаным фильтром Ф-1У. ■ пенополистирольный.фильтр по убывающей крупности 'зерен загрузки эффективно работал при подаче воды сверху вниз, обеспечивал меньшие потери напора и высокую продолжительность фильтроцикла по сравнению с подачей снизу вверх.

Преимущество пенополистирольного фильтра Ф-Ш перед Ф-1\ с восходящим потоком воды обеспечивалось тем, что при фильтрации •сверху вниз отпадала необходимость в устройстве входной камеры для удаления воздуха из.исходной воды.. Кроме того сетка , установленная в верхней части фильтра для поддержания загрузки в затопленном состоянии, с одной стороны, защищала загрузку от засорения ниточными водорослями и другими загрязнениями, поступающими с водой из канала после вторичных отстойников, с другой стороны, она ' является доступной для очистки. В то время как дренажная система фильтра Ф-1У, при подаче БОГСВ из канала снизу вверх в режиме фильтрования, и промывки фильтра, засорялась ниточными водорослями и другими загрязнениями. Поскольку эта система не доступна, то для ее очистки требуется освобождение Фильтра от фильтрующей загрузки.

Наибольший'Эффект очистки наблюдался . в фильтре Ф-Ш ь крупнозернистом слос 10-5 мм { - 702 от эффекта очистки) . В то же время на этот слой приходилось ЗОЯ от общей потери напора в фильтре.

Сущность процесса Фильтрования БОГСВ при добавлении реагентов перед фнльтргки значительно отличается от Фильтрования без добавления реагентов . При добавлении реагента А1£(Б04)3, во-первых, образовались тонко-дисперснк; частицы, во-вторых, ссстас к свойства БОГСВ изменились. . Поэтому ->ерхний крупнозернистый слоя имел низкув эффективность по сравнению с регимок безргагентпого. фнльтросакия я большинство тонко-дисперсных час-

Схема опытно-экспериментальной установки для проведения серии опытов по одноступенчатому филътровааао.

Рис. г

- Iii -

тнц пройдя ее задерживались в тонкозернистом слое, вызывая большой прирост потерь напора.

Анализ результатов регенерации фильтрующих загрузок фильтров показал, что Фильтры с плавающей загрузкой требовали меньшее ка-пичсство воды (в среднем 0.90 % от обрабатываемой) для их регенерации чем гравийно-песчанне фильтры с восходящим потоком воды (в среднем 2.5 %). При добавлении реагента до ненополисти-ролышх Фильтров расход воды на промывку составил 3,2 X ,а для Фильтров с восходящим потоком водц-4,5 % от расхода обрабатываемой воды. Начальная потеря напора Н в Фильтре Ф-Ш, работающего в диапазоне скорости фильтрования 7,0 < 0 < 18. о м/ч. может быть вычислена по уравнению

Н0= -6. 784+2, 696 3 (12)

а для фильтра Ф-IV по уравнению

Но = Ю.16И2.995г. (13)

В пятой главе приведены обобщение результатов исследований по фильтрованию БОГСВ, расчет фильтров доочистки Б0ГС8. новая конструкция дзухпоточного фильтра и режим çro работы для доочистки. описание предлагаемых схем станции доочистки БОГСЗ для условий Республики Казахстан, технико-экономическая эффективность применения иетада фильтрования для доочистки БОГСВ.

С целью обобщения работы пенополистирольных фильтров Ф-Ш (рис.2) в схеме одноступенчатого фильтрования результаты его * работы обработаны m ЭВМ.

Для определения эффекта очистки в зависимости от скорости г. времени фильтрования получены эмпиричеасие зависимости, которые ; представлены в виде графиков ( рис.3). Для определения величин прироста потерь напора з зависимости от с.орости фильтрования, продолжительности Фильгроцикла, средней концентрации взвешенных веществ в исходных водах пользовались Ф-критерием (уравнение 10). Расчеты на основании свойств характеристического коэффициента К_ представлены на рис.4.

Зависимость эффекта очистки от скорости фильтрсшаниЯ

ао.ао

- 70.00

70.00

-о*

С5.00 -

С0.00 -

I I I I I I I I I I I I I I | I I I I I I I I I | I I I I | I I I ¡Т' ! ' 10.00 11.00 12.00 '3.00 14.00 45.00 <0.00 17.00 10.00 Скорость фильтрования , и/ч

Рис. 3

Зааксичост! продолжительности фильтроцикла от скорости фильтропшшЯ, концентрации оаоешеиных пещестп, допустимого прироста потери ¡шпора

й- 120.0

10.0

г 11)) |''' 1111111 ч 1111' ' ' ч I'' 11) м ) |'' 11 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 10.00 17.00 10.00 Скорость фцльтропаплП , и/ч

?ис. 4

В водопроводных системах резервуары, водонапорные башни позволяют обеспечить более или менее равномерную производительность' очистных сооружений. 'В водоотвдящих системах таких регулирующих емкостей не бывают. Поэтому фильтры доочистки БОГСВ должны иметь запас и их режим работы должен быть гибким к изменению расхода и состава БОГСВ.

Автором, в результате исследований была разработана конструкция двухпоточного пенополистирольного фильтра, на который подана авторская заявка. Гибким является двухпоточный пенопо-листирольный (рис.5) фильтр.поскольку он при перегрузке по расходу и загрязнению автоматически включает себя в двухпоточный режим.

Фильтр работает следующим образом. Исходная вода через трубопровод Щ}. поступает в надфильтровую1верхнюю часть корпуса 1 . заполняет его, проходит через верхню часть фильтрующей загрузки 2 и средную дренажную систему 4 После этого фильтрат через трубопровод поступает в боковой корман 5. По мере накопления загрязнений в толще фильтрующей загрузки 2 и роста гидравлического сопротивления происходит повышение уровня исходной воды в фильтре до максимальной отметки гяах' и далее поступление части из нее , превышающей максимально допустимый уровень 2тлх . р трубопровод 8.ПослеЛная часть исходной воды по трубопроводу 8, достигнув нижнюю дренажную систему 6 , за счет разницы давлений в трубопроводе 8 и в. средней дренажной системе 4, фильтруется через нижнюю, часть фильтрущей загрузки 2 и поступает в средную дренажную систеу 4 и далее в карман 5 .С этого момента, когда исходная вода филтьруется через верхную и нижную части фильтрующей загрузки,, фильтр автоматически работает как двух-поточныГ;.

Последовательность промывки предлагаемого фильтра осуществляется следующим образом:

- подача воздуха через среднюю дренажную систему без прекращения подачи обрабатываемой воды для взрыхления загрузи:. Подача воздуха приводит также к очистке отверстии средней дренажной системы и распределительного устройс ва 3 одновременно с всплыванием большинства загрязнения в поверхностный слой воды.

- при достижении водовоздушной снеси в Фильтре отметки 2яро промывная вода отводится сверху через трубу 8, унося плавающие: загрязнения, и снизу через дренашу» систему С;

Двухпоточный пенополистиролышй фильтр для доочистки БОГСВ.

1- корпус; ¡г-леиополпстиролыш фш&трук'дая загрузка: 3- распределительное. устройство ; 4- дренадное устройство ; 5- Соковой :сармал для отвода фильтрата, 6- устройство сОора промывной поды; 7- коллектор; 8- водоотводящзя труСа; 9- водослив ; 10, 11, 12, 13 - трубопроводы соответственно подачл исходной аоды , отвода Фильтрата , подачи воздуха , и отвода промывной воды .

Рис .5

- при достижении отметки гпах-подача воздуха прекращается;

- при достижении-отметки распределительного устройства отвод промывной воды прекращается и фильтр вводится в работу.

Учитывая условия и результаты опытно-экспериментальных исследований и. что самым существенным при расчете себестоимости станции очистки является расход электроэнергии и затраты на реагенты, следует предлагать из техни'ко-экономических соображений схему доочистки БОГСВ для целей повторного использования и орошения в условия Республики Казахстан : фильтрование без или с обеззараживанием хлорирова'нием или озоном в зависимости от требований потребителей к кочеству доочищенной воды.

В случае доочистки БОГСВ для целей сброса, для снижения концентрации фосфора, хлорпроизводных веществ предлагается об-, работка БОГСВ реагентом, фильтрование," предварительное озонирование и хлорирование.

Технико-экономические показатели схемы доочистки фильтрованием для целей повторного использования более эффективннее чем для сброса, в естественные'водоемы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В аридных зонах, таких как Республика Казахстан, Египет и др.. ввиду отсутствия крупных рек и водоемов для разбавления сточных вод. с целью предотвращения загрязнения природных вод, необходимо применять глубокую доочистку сточных вод. .

2. Доочистка сточных вод доласна осуществляться для целей повторного использования в промышленности, сельском хозяйстве или для сброса в естественные водоемы.

.3. Для Центральных, Восточных и Северных регионов Казахстана, характеризующихся резко континентальным климатам и продолжительной зимой наиболее эффективны-! методом доочистки является фильтрование.

4. Ввиду разнообразия природно-климатических условий, инфраструктуры промышленности, соответственно состава городских сточных вод и требований к качеству доочищенных вод необходимо технологическое моделирование процесса доочистки с учетом конкретных условий.

5. Технологическое моделирование трех,-двух- и одноступенчатого фильтрования БОГСВ с концентрацией взвешенных веществ менее 15 мг/л показали высокую эффективность и экономичность

одноступенчатого фильтрования по сравнению с многоступенчатым.

6. Сравнительные исследования фильтров по убывающей крупности зерен загрузки, гравийно-песчаного и пенополистиролыюго, в схеме одноступенчатого фильтрования показали эксплуатационные преимущества вторых . заключающиеся в простоте промывки, низкой потери напора и высокой продолжительности фильтроцикла.

7. Доочнстка по схеме одноступенчатого фильтрования в гра-вийно-песчаных и пёнополистирольных Фильтрах в направлении убывающей -крупности зерен БОГСВ с концентрацией взвешенных веществ и БПК менее 15 мг/л обеспечивает снижение этих загрязнений соответственно на 75-80% и 35-40 %.

8. Надежным и гибким является- пенополнстиролышй 'фильтр (ФПЗ-4) с нисходящим потоком воды и отбором фильтрата через средний дренаж. Автором разработано усовершенствованная конструкция ФПЗ-4 -двухпоточный фильтр (рис.5), в которой фильтрующий слой, расположенный ниже системы отвода фильтрата, не толь-кл предотвращает разрыв сплошности, загрузки, а также является резервным фильтрующим слоем при переключении фильтра в двухпо-точный'резким, , '

9. Фильтрование по убывающей крупности зерен сверху вниз имеет существенные преимущества перед фильтрованием снизу вверх ввиду обеспечения менывих потерь напора и высокой продолжительности фильтроцикла. При доочистке БОГСВ с.концентрацией взвешенных веществ менее. 10,0 мг/л оптимальными . параметрами фильтрования являются :скорость фильтрования- 14.7 м/ч, продолжительность фильтроцикла 76 ч.

10. .Аэрация фильтров доочистки ¡БОГСВ при скоростях фильтро-¡вания 'Ш.-О-ЗО,.0 м/ч не оказывала .существенного влияния >на окис-.дение .органических соединений -:и ^соответственно на снижение БПК. .'вследст.вие:.кратковременности процесса .очистки на фильтрах и со. ответственно . низкий возраст ...ила..не ..обеспечил появление новых . видов?микроорганизмов для окисления трудноокисляемых ,-веществ,

оставшихся в БОГСВ.

11. Подача реагентов непосредственно в.фильтры доочистки БОГСВ. усложняла их работу и снижала технологические параметры фильтрования. При реагентном фильтровании в фильтрах с пенопо-листирольной загрузкой _35%; взвешенных веществ задерживалось в слое крупностью зерен 0.5-2,0 мм, создавая _60% от общей потери напора приуФильтроцикле 8-1с. часов. -

12. Регенерация пенополистирольных фильтров рекомендуется в двухэтапном режиме :первый этап - подача воздуха через среднюю дренажную систему с интенсивностью 4-5 л/см2 на 5 мин. а второй этап-подача воды с интенсивностью 14-15 л/с.м2 на 10-12 мин.

13. Начальная потеря напора Н0 в фильтре Ф-1II,работающего в диапазоне скорости фильтрования 7,0 <0< 18.0 м/ч. может быть вычислена по уравнению 12, а для фильтра Ф-IV по уравнению 13.

14. Эмпирические зависимости эффекта очистки и потери напора от продолжительности фильтроцикла при доочистке БОГСВ в пенополистирольных фильтрах представлены в виде графиков на рис.4, 5.

15. Разработана, методика расчета пенополистирольных фильтров для доочистки БОГСВ с нспольеованием результатов настоящей работы.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1- Эль-этреби Х.Х. Доочистка биологически очищенных сточных вод многоступенчатым фильтрованием. Сборник тезисов докладов Республиканской научной-технической конференции "Очистка и использование сточных вод насоленных мест и промпредприятий". Ал-каты. 1993 г.- ,

2- Myrzakhmetov М.,' El-EtreM U.K.- Sewage Tertiary Treatment Uaing Floating Media Filters. Сборник тезисов докладов международной научной конференции "Охрана -окружающей среды". Пакистан,. r.JIaxop, 1995 г. ,

3- Заявка на выдачу патзнта N950450.1 от 1.06.95 г. "Фильтр для очистки вода", авторы йырзахмстрз М., Ель-Этргби Х.Х.

>

РЕЗЮМЕ ХОТАМ ХЛЛИЛЬ ЛБДЕЛЬ - ФАТТЛХ ЭЛЬ - ЭТРЕБИ

Биологиялни тазаргзн калашщ лас суын сузу тзс1л1меп терец тазалау

05.23.04 - Сумел камтамасиздалдыру, суды экоту, КУралыс атйелор!, су ресурстэрин кор--гау мамандыги ОоЯынша - техника гы -лымдаршшц кандидаты - гилыми дэре -жес!и алу ушШ

Биологлялщ тазарган калашщ лас1 сунн (БТЩГС) сузу TocíJilMeii зорттеу, игеру. кэш они icepi пайдалону, сошмек катар Казахстан Республика«! ушн тзбипг су коймаларниа санитарлнк кагдаАда тастау - ног'1зг1 отшс максатн болип тобилзда.

Гнликга апнлган капо йушс турдвр1 келес! <31рэз атаулардал г/рада: Казахстан Республккасн ybíh БТКЛС - до сузу тэсШмен терон тозолау утымды технологаясн жасалда; "БТКЛС'-- да терец ■газалау viaín утимдц сузу, лас су юграшц вскоретШ гимараттарн аныкталды; автор ' e'Tíniia б1лд1ргонд1Ктен eici агнстн ' сузг1 конструкциям жасэлдй; ЫТОГС - .ди сузу процес1нде коагуляция ка-лой эсер TJiri3erini зерттелд!; Казахстан РеспуОлшсасшгад те хин -ко -. экономикалык sane экологлялыц яагдайшт суйено отыряп БТКЛС - да сузу тэсШмен терец тазалау ад!с1 ¡касалдц.

■'SUMMARY of the subject of the thesis of HESHAM KHALEl ABD EL-FATA EL- ETREBY

"Tertiary Treatment of Biologically Treated Municipal Wastewaters Using Filtration"

Defence of thesis to obtain the scentlfic degree of technical Candidate of science (Ph.D. degree) in speciality: 05.23.04 -Water Supply, Sewerage, Construction of Systems for the Protection of Water Resources.

This study was conducted for development of filters and investigation of filtration of biologically treated municipal wastewater (BTMW) under conditions in Kazakhstan for safe reuse' or safe disposal.

In this study effective technology for tertiary treatment of BTMW using filtration was developed! A new construction of bl-flow floating media filter was designed. The Influence of Injection of alum befor filters on the filtration process of BTMW was studied. Specific consideration and optimum parameters for the design and operation of filters for tertiary treatment of BTMW were identified and defined. ,

Successful experimental and economic resits of the study have led us to recommend M-flow floating granular media filters for construction of tertiary sewage treatment plants' In Kazakiistar.