автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Доочистка сточных вод больших городов озонированием

московский ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

р Г Б О Д

на правах рукописи

2 3 ОПТ 1

н:

УДК 628,315.1

КОЗЛОВ Михаил Николаевич

ДООЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД БОЛЬШИХ ГОРОДОВ ОЗОНИРОВАНИЕМ

05,23,04 - Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных

ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1995.

Работа'выполнена в Московском государственном строительном университете.

кандидат технических наук, профессор В.И.Калицун -

доктор технических наук, профессор Б.Н.Репин

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Л.А.Улановский

ЦНИИЭП инженерного оборудования

Защита состоится асая 1995 г. в /час,

в аудитории № на заседании диссертационного совета К 053.11.06

в Московском государственном строительном университете по адресу: г.Москва, Ярославское шоссе, д.25.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Просим Вас принять участие в защите и направить Ваш отзыв по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, д.26, МГСУ, Ученый совет.

Автореферат разослан " /2" Сг^д^сЯ 1995 г.

№ /Ж-ШМГ

Научный руководитель -Официальные оппоненты-

Ведущее предприятие -

Ученый секретарь диссертационного совета,доц.,к.т.н.

В.А.Орлов

í

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Наиболее перспективным методом доочисткн биологически очищенных сточных вод больших городов, обеспечивающим не только улучшение качества вода по химическим показателям, по и дезинфекцию является озонирование. Преимущества озона особенно проявляются при использовании очищетагой воды в открытых системах промышленного водоснабжения, где предъявляются особые требования к отсутствию токсичности очищенной воды и ее опасности для человека. Цель и основные задачи работы:

Целью диссертационной работы является разработка эффективного метода доопистки и дезинфекции сточных под озоном, обеспечивающего возможность повторного испо1т».зор»!п1!1 Б::олог;>чсскн очищенных сточных вод (БОГСВ) в открытых ; системах промышленного водоснабжения. Для достижения «оставленной цели решались следующие задачи:

-разработка методических подходов к физическому моделирования процесса;

-определение сковных параметров, влияющих на процесс, и факторов, способствующих его интенсификации;

-выполнение математического анализа процесса; -разработка оптимального метода интенсификации процесса; -санитарно-гнгненнчсская и техннко-зкономнческая оценка разработанного метода.; ■ ■ ■

Научная новизна рпботы заключается в следующем:

. -установлено отсутствие влияния катализаторов, содержащих соединения железа и марганца, па процесс озонирования;

-получены аналитические зависимости химических и бактериологических показателей качества вод|.1 в процессах озонирования и озонофлотацни от абсорбированной дозы озона, рН н загрязненности исходной воды;

-установлено увеличение эффективности озопнровшшя в отношашн хнм' »еских и бактериологических показателей а кислой среде;

-получена аналитическая зависимость концентрации остаточного озона от абсорбированной дозы озона н рН;

-разработана математическая модель процесса озоиофлотации. 111>ша11чсскяя зма:»1мо(Л1.работы заключается в следующем:

-определены оптимальные условия процесса озошфования БОГСВ в кислой среде, показала пршишпнальная возможность использования разных методов корректировки рН в технологии озошфовштя;

- разработан метод определения концентрации растворенного озона в БОГСВ, установлена возможность его использования для оперативного контроля процесса озонирования;

-разработан новый метод доочиегки БОГСВ - барботажлая озоиофлотшхия, требующий меньших материальных затрат прн строительстве, его практическое внедрение позволяет вдвое уменьшить площадь, занимаемую сооружениями доочисткн и снизить приведенные затраты в 1,5 - 2,1 раза (в зависимости от производительности сооружений),

-разработаны рекомендации на проектирование сооружала! озонирования и озонофлотащш, позволяющие определить оптимальные . параметры проектируемых сооружений в зависимости от качества исходной н очищенной воды, обесп ечившощие возможность проведения многовдрцантного проектирования;

-ожидаемый экономический эффект от внедрения барботаггаюй озонофлотащш на станциях разной производительности составит от 1,1210е до 2610® млн. руб/год.

Внедрение результатов. Результаты исследований использованы: зшеппугом МосводоканалНИИпроект при проектировании: новой очереди городских очистных сооружений г. Зеленограда, ТЭР Северной станции аэрации г. Москвы, очистных сооружений г. Октябрьска Актюбннской области; акционерным обществом "Элбит" (Россия), фирмами "Eneo" (Латвия) и "Аква" (Россия) при проектировании сооружений очистки сточных вод коттеджей и малых, населенных пунктов.

Апробация работы и публикации. Основные положения работы были доложены на: 47 научной конференции ЛИСИ (Лсншпрад 1990 г), Всесоюзном научно-техническом семинаре "Совершенствование технологических процессов на станциях аэрации с доведением качества очистки до требований рыбохозяксгаешшх водоемов", г. Капшшн, 5-7 июня 1990 г.; советско-итало-германском сшннаре "Охрана окружающей среды", г. Москва, 1990 г.

Работа автора "Использование озона для дезинфекции городских сточных вод", представлепная на Первой -Советско-Чехословацкий симпозиум "Экология и молодежь" в 19X7 г. была награждена дипломом первой степени. По теме

диссертации были опубликованы 7 печатных работ (5 статей н 2 аналитических обзора) и получено авторское свидетельство об изобретении.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и общих выводов, изложена на 189 страницах машинописного текста, содержит 65 рисунков, 25 таблиц. Список использованной литературы содержит 107 наименований.

. На защиту выносится;

-результаты исследований процесса доо'шетки и дезинфекции биологически очищенных городских стопных вод озоном;

-метод доочиегки и дезинфекции барботажпой флотацией озоновоздуншой смесыо - озонофлотация;

-результата исследования процесса оэонофпотяцки БОГСВ; -матемапшеская модель процесса озонофлотацнн.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении показана актуальность проблемы доочиегки н дезинфекции БОГСВ озоном.

В первой главе рассмотрено современное состоять вопроса обработки сточных вод озоном, теория озошгроваиня, методы интенсификации процесса. Проведенный в главе анаши литературных данных показал, что наиболее перспективными направлениями интенсификации являются озонирование в присутствии катализаторов и озонофлотация, что определило основные направления исследований. ;

Во второй главе изложены результаты исследований озошгровшшя в присутствии катализаторов, озонирование и озонофлотация при разных значениях рП. Опыты проводились на следующих установках: непрерывного действия, моделирующих систему отарытуго по воде и газу и периодического действия, моделирующей систему закрытую по воде и открытую по газу. Гетерогенные катализаторы (оксиды марганца и железа) наносились на поверхность инертных носителей: вспененного полистирола и керамзита. Эффективность катализаторов сравнивали с контролем озонированием в реакторе с инертной насадкой аналогичной крупности и озонированием без насадки (рис. I). Результаты исследований показали, что применение инертной насадки привело к увеличению степени абсорбции озона и незначительному повышению степени очистки но сравнению с озонированием в свободном объеме жидкости. ,

Схема установки для испытания гетерогенных катализаторов

1-копонна с инертной загрузкой; 2-копонна без загрузки; З-копонна с катализатором; 4-ротаыетры; 5-подача воды из вторичных отстойников; б-подача поочищенной воды; 7-компрессор; 8-озонатор; 9-канаш1зация; 10-спеетрофо-тометр. ■■ | Рис.1.

Применение насалки с нанесенным на поверхность, оксидом марганца практически не повлияло на эффективность .дезинфекции и незначительно улучшило степень очистки от органических загрязнений. Степень очистки п дезинфекции в опытах с насадкой покрытой оксидом железа практически не отличалось от контроля. В качестве гомогенных катализаторов исиытывалось хлорное железо н перманганат калия в дозах 3 и 5 мг/л соответственно. Раствор катализатора дозировался в трубопровод, подводящий сточную воду на установку (рис. 2). Результаты опытов показали, что доза хлорного железа 3 мг/и (по иону Рс3+) практически не повлияла на эффективность дезинфекции, введение КМ11О4) незначительно повысгао эффективность дезинфекции, однако привело к резкому превышению ПДК марганца в очищенной воде. Превышение ПДК по металлам зафиксировано во всех опытах с катализаторами.

Проведенные опыты по озогахровашпо БОГСВ показали хорошую сходимость результатов, получаемых на разных моделях. Установлено, что модель периодического действия позволяет провести большее количество экспериментов при стабильном качестве исходной воды, что повышает точность проводимых экспериментов, не снижая достоверности полученных результатов.

Схема установки для испытания гомогенных катализаторов

б

4,30

0,00

1- 1 щ- ,.0

'ЧЙ. и

Щ »чч.к

¿21

100

1-барботажный шеситапь; 2-подача воды го вторичных отстойников; 3-подача доочищенной воды; 4-компрессор; 5-оэонатор; б-спеетрофотоиетр.

Рис.2

Основным достоннстпом модели. периодического действия является то, что она позволяет четко определить гидродинамическую обстановку в реакторе без использования специальных мегод^п, поскольку является идеальным вытеснителем. Уираплхемыми параметрами физического моделирования являются время обработки н пбсорбнропшшая доза озона - Д^ В первой главе работы на основе теоретического анализа процесса озонирования.было показано, что Да может определяться на лабораторной установке сколь угодно малых размеров. 11рн масштабном переходе к промышлсшилм условиям достаточно определит!, степень абсорбции озона - К для тех конструктивно-технологических условий, в которых будет рсалнзовыпаться процесс озонирования. Для повышения точности и оперативности проведения исследований разработана методика снсктрофотометрического определения Да на основошш уравнения Дя = 0„т(Со- |С„<10 (1) где IV- объем реактора, л; Од- расход поды, л/мин, С^- концентрация озона в озоновоздушеой смеси на выходе из сооружения.

Для проведения расчетов дозы написана программа дня ЭВМ. Влияние рН от 4 до 10 на озонирование первоначально изучалось в оценочных опытах. Сначала было' установлено, что введение щелочей н кислот в исследуемом диапазоне рН без воздействия О3 не влияет на основные покаопеаа качества воды. После этого были проведены предварительные эксперименты показавшие наличие тссксй корреляционной связи показателей бактериального и химического загрязнения с рН. Так в частности для колншщскса коэффициент корреляции г был равен -0,987, адляОМЧ н0,8б при уровне значимости а=б,С!. Отрицательные значения коэффициентов корреляции свидетельствуют, ' что с ростом рН качество очистки' уменьшается. Более детальное изучение концентрации загрязнений при изменении дозы позволило построить графики для каждого значения рН и с помощью ЭВМ определить коэффициенты кривых регрессия, а так же ах зависимость от рН Твхкн образок были получены основные расчетные уравнения. В частности Дза жамоетеасй бактериального загрязнения:

, =10^+(моу)^ т

где N0 - количество бактерий, содержащихся и веда, востушисщей ва обработку; N - количество бактерий в озонированной воде; с - основание логарифма; Е>у - удельная действующая доза озона, зависящая от рН. Доя колшшдекса

Г>у = 1/(0,083рН - 0,823) (3)

Доза, обеспечивающая требуемую глубину обеззараживания по колииндрссу (рис. 3) равна

Да =^/N0) /<0,823 - 0,083рН) (4) Формула иозволяет определить значения абсорбированной дозы* озона Дц необходимые для обеспечения в очищенной воде колииндгкса> № ЮОО'КпАх. Для-озонирования воды с исходным рН=7,3 необходимо' № т/я Оз^ при рН=5 доза снижается до 6,4 мгЛх, ори рН-4 - До 5,2 иг/я. Расхождение между расчетными дшшымн а данными, получешшгми с экспериментальных кривых менее 5%. Экономия, озона за счет подкисления составляет он 46% доя рН=5 до 57% при рЫЗД Изменение общего числа микроорганизмов подтверждает вывод об увсливенив эффективности дезинфекции при подкислешш: при рН=7,3 1ЯЭу=0,2; пр» р№3> Щ)у=0129; при рЫ=4 1ЛЭу=0>327. Оэоцирование подкисленных сточных вед. искусственно зараженных суточнойкультурой сальмонелл нз расчета ЬОООйклЛц показал/ что н:-с)1»о<*5>* на- снижение дозы микробиологический

аналш на содсряшшс патогенных энгеробактернй, дал 01рицательные результаты. Количество колифагов снижалось ло уровня, соответствующего Требованиям эпидемической безопасности (БОЕ менее 1000 чистин в литре). В исходной сточной воде патогенные энтеробактернн были выделены в 40% случае», индекс бактериофага мпигпгоП палочки составлял в среднем 5,5- 1С4.

Зависимость дозы озона от рН и копииндека очищенной воды

Рис.3

Во всех озонированных пробах сточной воды патогенные энтеробактернн не 6мл» обнаружены, л индекс бактериофага был ниже 100.

Наряду с улучшением бактериологических показателей озонированной воды происходит снижение.:. и химических показателей. Проведенные опыты позволили построить 1ряфнкн зависимости ВПК, ХПК и концентрации взвешенных веществ от абсорбированной дозы озона. Опытпые данные опнсывшотся линейными уравнениями вида;

В=Д,-г-в (5)

где В0-, В - значите показателя в исходной и очищенной воде, у - тангенс угла наклона [рафика к оси абсцисс. При подкислеиии, значение тангенса угла наклона прямой увеличивается по абсолютной величине. Для ХПК при рН-7 она равна 1.08, при рН=6 у=1,33 я 2,49 для рН=5. Уравнения регрессии характеризую!ся высоким значишем коэффициента корреляции (г7=-0,89, Г5--0,89, 14 0,1^ И ьриигрня Фншера (Р7=51, Р5-76,9, р4=2б,4) при оченышзком уровне значимости (а«0,0001). Коэффициенты в уравнениях регрессии

определены с высокой достоверностью, о чем свидетельствуют высокие значения критерия Стьюдеита (Т7—7,14, Т5=-8,7, Т4=-4,9) при пюких уровнях значимостп. Уровень значимости (ал) для коэффициента у при рН=7 ал=прп рГ1=5 а,=10-8, при рН=4 ах=Коэффициенты у с поишкашем водородного показателя увеличиваются также для взвеси н БПК, однако степень удаления этих веществ нагайка. Па 1 мг абссрбирспанного озона снижается от 0,12 до 0,33 мг взвешенных веществ и 0,07-0,35 мг БПК, Коэффициенты у и Во достаточно статистически обеспечены (ах -» ю а^ -*■«>). Концентрация взвеси и БПК в очищенной воде хорошо коррелирует с абсорбированной дозой озона. Значимость уравнешш ретрессии не вызывает сомнений, вероятность с которой нулевая гипотеза может быть отвергнута превышает 95%.

Поскольку для всех показателей у является функцией рН можно определить ее вид методами регрессионного анализа. Аппроксимация линейной фузшзнсЭ позволяет удовлетворительно описать массив экспериментальных точек, иг усложняя урааиени© .

V» (б)

А, -эмпирический коэффициент, равный но величине у при пулевом эзгачемиа рН. ^ - характеризует скорость изменения у в Зависимости от рН. . Зяаченяя коэффициентов для ХПК Л,=5,863 Д2=-0,705; для взвешенных г.ацгств Л,=0,830 Л, =-0,105; для БПК Л,=1,013 Д2=-0,140. Расчетное значаще у соответствующее рН=5 для ХПК достигает 2,138. Значения ссяашвиош в кжлой среде близко к единице. В этом случае все количество озока, еЗсорбь-роващюс раствором, расходуется в целевых реакциях. Удсльшш дшд а атом случае равна 0,4 мг/мг ХПК. В гласе 1 показано, »по умс;гынс.з;::г ру<5 саядетельствуст о возникноветш ыехмшзма кйталгапческого зозбухкети: кислорода и сто вовиечешш в процесс окислашя. Естествглно, что саялтанз у обржпаа Т>у, пригашая ашшеяда >1 сгндстиаствует о тем ке. С иркяшеекон

тощаз зрещгя это сокачаег возможность суздестЕегшоЯ акеиошш при глубокой е^кях© а о&ызсызех повьшешш эффектввиоехп обсзззраэзгггшха в кислой среде. Для Тфовергзг эгого важного факта быка 'нроагдаю серая опытов тзра рН=4. Рюуяьтахы проверочкой ссршг юоягверяати калггане ранее уекшогясшюй зеггдеггцзш. Тангенс утло взхпош »рзмей усаиктапся до у=3,54. Измерения содержат« общего оргадачеасого угперода (ООУ) показали, что 1 мг абсорбированного О3 сжигаясяг 2,5 мг углерода органических веществ,

растворенных » воде. Однако, даже если предположить, что оэон расходуется полностью на образование СО2 эта величина не может превысить 0,38 мг на миллиграмм озона. Единственной гипотезой, объясняющей нарушение материального баланса, может быть вовлсчетте в процесс окисления кислорода по механизму озонохяталгоо.

Полетгслепие сточных вод на заключительном этапе очистки, которым обычно язлястся озонирование, приводит к необходимости последующей нейтраяпзашяь Исследования показали, что при рН=4 озошгровоние не изменяет значения водородного показателя очищенной воды. В растворе отсутствуют карбонаты, что не дает возможности повысить рН отдушсой диоксида углерода. При рИ>5 в процессе барботажа отдувается СО2 и углекнслотное равновесие смещвется в направлении связывания попои водорода н повышения рН. Выделение в качестве продуктов реакций озонкреагк!» ионо» ОН" так же способствует подщекачтшапшо очищенной воды. Исследования показали, что юненеюте рН на этом режиме в большей степени зависит от времени обработки, чем от дозы озопа и описывается уравнением

рН -рН0 + 0,059-t (7)

где Î- время озоплровязяы п минутах. Расчет по формуле показывает, что время обработки более 25 штут позволяет получить воду с рН>6,5; :оотзетстау:ощу2> пс;:: ;.-.:•.! сброса в водоем н повторного использования в т^огшишишом Еодосвабгжянп.

Oranjeimas полз сохгрявгт пеболыяяг тотгтестпа остаточного озона, •язнсавиг от рП. Предварительные опыт»! показала существешюе -влияние гехедп ежигчза ОЗ в раегг ерг па результаты спредапгяпя, наиболее существенные ■асхояжепп.ч г? овредэтиога psonroni методами ик&пздгшпсь при отклонения рН гсчпой аодьГ от нелояльного. Цря оценки возможностей ркшых методов и ы^грт стгяхгсяшто Cj.rra проведена серия кесягдсзггаяй па доочищенной г&тпсЯ волг. 35 ргзупьтате исследовании устапквяеио, «по концентрация ягаточпого ОЗ, определяемая разными методами, охдутагдпт-i образом зависит гДгл

■ Сгх = ОгааХ-Да/<Дпол +Да) ' .00

. ТСе Cjjj^ç- ияштаапмия концептрацгс! сама в растворе, а ДПОл~ Доза Ьлгетствугогцзя жовдеотргщим пояунасьвдсша (колеткгта иолуваемшення). ^явление разных истодов показало, что остаточ|гь?й озон в городских сточных азх цглссообр.тито ояугдяигтъ ко разности ' с6:~ггс> содсржггвкз ©зогпштетей до

н после удаления озона отдувкой. На основе результатов определений Сж, полученных этим методом были вернфицированны коэффициенты уравнения (8) ^ = (36,56 /РН».»05) • ^ /{( 1,38 + 0,296 • рН) + Дд] (9) \

Хорошо видно, что с увеличением рН константа полунасыщения растет, а Сщах уменьшается. Естественно предположить, что это вызвано увеличением скорости разложения ОЗ за счет увеличения концентраций ионов ОК~. Дл; подтверэвдагия этого предположашя и оценки влияния рН на конешггу скоросп разложения озона и порядка реакции разложения ОЗ в сточной воде быш 1фоделана серия опытов. Результаты опытов показала, что реакция разложена озона в городской сточной воде, глубоко очищенной озоном соотвегсгвуе второму порядку. Константа скорости реакции при изменении рН от 5 яо увеличилась практически в 4 раза, что соответствует общеприняты' представлениям о повышении стабильности озона (ранее это было установлен на дистиллированной воде) в кислой среде и подтверждает выдвинут* предположение о влиянии рН на Сщзд.

Опыты по озонофлотации проводились на биологически очищенной во; Курьяновской станции аэрации. Для этой цели барботажиыЙ реактор без насад} (рис. 1) был оснашен пеносборным устройством смхостыо 2 Л, в котор< поступала выведенная из реакт^а пена. В опытах кроме дозы озо контролировалась удельная нагрузка иа реактор по газу, ы'/м^ час. Колиинде в процессе озонофлотацнн (рН=5) изменялся в соответствии с уравнением (1СИ) = 6,396 * 0,380 -Да ' , (10) Вид уравнения совпадает с общим видом кривой рорешш (2), полученш дня условий озошфования. Значение коэффициента 0,380 в формуле близко значению этого коэффициента, полученного при озонировании - 0,403. Е позволяет предположить, что механизм бактерицидного действия озона индикаторные микроорганизмы в исследуемых лроцессах идентичен и завися основном от величины рН,,несмотря на различия в качестве поступающей обработку воды. Изменение общего количества микроорганизмов ( содержащихся в сточной воде соответствует зависимости • ■

5,003 - 0,368-Да (11)

Коэффициент, 1Юу в этом уравнении в 1,3 больше его знача установленного ранее доя озонирования при рН=5. Это объясняется тем, большая часть сапрофитных микроорганизмов входит в состав микр'охлопоч

активного пла, которые эффективно удаляются при озонофлотацшс в виде взвеси, что приводит к более эффективному их удшгешио.

Концентрация основных химических загрязнений в процессе гсюнофлотацнн, как п при оэоштроватш линейно зависит от абсорбированной Зозы озона:

, В = Вр-рН-Да/(р1+ р2-рН) (12)

где р^, ($2 - эмпирические коэффициенты. Для ХПК Р1=1,09 Р2=0,225; для 5ЛК ¡3^—0,92; для взвеси Р1~7,02 Р2=4,15. Сравнешю значений

аВффягпгептов, получешплх экспериментальных зависимостей показывает, что ^ютшЕММггагспф;щ1фует процесс изъятия загрязнений по сравнению с 'зонированием. Так, па I мг абсорбированного озона при рН=7 озонофлотацией зшгекается 2,6 мг ХПК против 1,03 мг огагслеипого озоном, 0,67 мг пзвететшых сщесго и 0,27 мг ВПК по отнегггщпэ к 0,52 и 0,07 соответственно. Естественно редположнть, что озонофлотация является суммой двух процессов.' окисягнпя зоной и изъятия за счет флотации веществ, флохулируемых озоном (рис. 4).

Причем стоит отмстить, что озонофлотацией извлекаются, » основном, >удпоокисшгемые примеси.

В отличил от озоиировшшя уменьшите рН отрицательно сказывается на опофлотацшг. Эффекптпость снижения ХПК при озопофлотации в кислой еде уменьшается и при рН<5 практически не отличается от озонирования, (влечение взвешенных веществ н снижение ВПК при рН<4 так же происходит лысо за счет окисления. ;

Обпаруясепные в сточной воде нефтепродукты типа мазута с составом по Н-эдфшшм С22-С34 удалялись в процессе озонофлотацнн пропорционально дарбированпой дозе озона:

НП = 0,07 - 4,76-Ю-3-Да (13)

где НП - концентрация нефтепродуктов в иг/я. Исходные концентрации >тепродуктов в опытах были много ниже ПДК для воды водоемов культурно-гового и хозяйственно-пнтьевого водопользования (0,3 мг/л). Дозы озона :ее 4 мг/л обеспечивали содержание нефтепродуктов в озошдеованной воде, влетворяющие требованиям водоемов рыбо-хоэя#ственного назначения (0,05 с). Концентрация СПАВ уменьшалась при озонофлотацнн на 40%. Содержание слых металлов при этом практически не изменялось. Пена, отводимая в »отделитель, уплотнялась практически мгновенно, образуя флотокоиденсат. токопдепсат представляет собой опалссцирукяяую жидкость грязно-серого

цвета. Объем флотоковденсата составная 1-3,0% объема обрабатываемой воды. Качество флотоковденсата характеризовалось высоким содержанием взвешашых веществ (150,6+32,9 мг/л при Р=0,95), ХПК (232 ±59,1 мг/л при Р=0,95) И УФ (0,213±0,021, Р=0,95).

Кинетика озоиофноташш (рН=7).

Скорость, итУпиин

-1-Г Г 1 Е 1 1 "1 1 [ - 1 - 1 ■ 1 1 I 1 : г Г Г .1

11. ■ 2 ; ■ - ■ > : -—

< . • х. - - Л. г ,1. . ... --

1" • " Ч -Ч--«.....1.» ... 1.....1.....Л.--■ 1 ■ 1 А 1--1----А-

С*

О 9 10 19 го

' ■ / Время, мин.

1-скорость изъятия ХПК;2-скорость окисления по ХГОС-^-скоростъ в6сорбш«03; 4-скорость окисления по 03; 5-концентршна 03; ¿-скорость разложения 03; 7- скорость накопления 0$. »

Рис. 4.

Неорганический углерод не превышал 5,67 мг/л, БПК5 - 200 мг/л. Проблема переработки флотоковденсата в данной работе не рассматривалась. Одошм из возможных вариантов является его сброс в голову сооружений. Наиболее рациональным является отстшюште флотоковденсата с последующим сбраж!шши1ем уплотненного осадка в метшгшпеах. Сливная вода уплотнителя должна возвращаться на вход озонофиотатора или в голову всей схемы очистки.

С целью определения необходимого- времени обработки в сооружениях озонирования и озонофлотации была изучена кинетика этих процессов. Полученные данные позволили получить уравнения скоростей реакции методами множественной регрессии. Константы уравнений рассчитывались для кошпщдекса кшс основного нормируемого показателя. Поскольку этот показатель является.нсодпородпым по своей природе, псевдопорядок реакции имеет дробные значения. В нейтральной среде скорость окисления лактозоположительных бактерий группы кишечной палочки близка к первому по колннидсксу и ко второму по концентрации ОЗ:

v = 0,085 • [03]'.82-[КИ]36 (14)

Общий порядок реягапш фактически равен трем. Вполне естественно, что в Данном случае, а так же п уравнении, приведенном ниже, общий порядок не имеет ничего общего с традиционными представлениями о молекулярностн химических реакций. Выражения (14)-(15) являются удобной, но исключительно формальной, записью уравнения скорости процесса. В кислой среде скорость дезинфекции nq?ecraeT зависеть от концентрации окислителя. Измените рН до 5 изменяет порядок реакции. По котппщексу он остается близким к первому, а по ОЗ уменьшается до 0. ,

v = 0,25 [КИ]Ы4 (15)

13нд уравнения свидетельствует о том, что при озонированни в кислой среде окислитель постоянно находится в некотором избытке и его количество не сдерживает процесс дезинфекции. Ojukiсо кснцсшрицня ОЗ в процессе обработки сущсстаенпо изменяется. Сопоставление этих фактов даст дополнительные доказательства вовлечения кислорода в процесс окисления, участие которого собственно и обеспечивает избыток окислителя.

Правильность основных допущений физического моделирования была проверена на опытно-промышленной установке озонироваши, прошводательносшо 12Q м^/сут, работавшей на очищенной воде зернистых и сор билонных фильтров Станции глубокой очистки КСА. Результаты исследований позволили определить значеши Да, необходимые для снижения колгапэдекса до 100 и 1000 юг/л. Они составили при (рН=7,3) 15,5 п ,10 мг/л с вероятностью 99,7%. Массивы экспериментальных данных лабораторного и производственного экспериментов описываются одним типом уравнений с близкими коэффициентами. Доверительные интервалы, в которых находятся допустимые значеши коишпщекса лабораторного и промылшенного эксперимента, перекрываются, что говорит о недостоверном различии тоиучегшых в обоих случаях результатах.

Коэффициент использования озона на четирехсекционной промышленной остановке (две секции в противотоке, две с параллельным движением жидкости и ■аза) с высотой барботажпого слоя 4,1 м, оборудованной фшплросными гяаепшами Кучшгского керамического завода, в среднем, составил 70%. Режим >зонофлоташш в промышленных условиях реализован не был. Однако, можно |редположить, что его моделирование на лабораторной установке, достаточно дя получения адекватного описания процесса.

В третьей главе рассматривается математическая модель процесса а расчет оэонофлотатора. Озонофлотатор представляет собой устройство для проведения процесса изъятия (за счет флотации) и окисления загрязнений озоном. Для его расчета необходимо иметь данные о кинетике элементарного акта окисления и изъятия, а также - знать характер движения жидкости. Традиционным описанием гидродинамики любого сооружения очистки вода! является однопараметрнческая диффузная модель течения жидкости, учитывающая осевое перемешивание за счет турбулентной диффузии. Модель представляет собой систему дифференциальных уравнений, решение которой совместно с уравнениями, характеризующими химические и физические нревршпсння вещества в процессе озонофлотшцш дает искомое онисшшс процесса. Б реакторе идеального вытеснения состав жидкости меняете» по длине реактора, в этом случае время пребывания дшстуется ш скоростью окисления на выходе реактора, а интегралом отношения Т =/<1КИ/ {0,085 • [ОЗ]!-82 • РСИ(]1.36} • (16)

С учетом технических 01раш1чешш при проектировании следуй закладывать время обработки не менее 5 минут. В зависимости от, цели стояще! перед проектировшшеом, должна: использоваться та или тшая модыи гидродштмической обстановки и соответственно метод расчета. Если цель разработка нового сооружения, та в расчетах принимают режим «(деальноп вытеснения. В том случае, когда целыо проектирования является реконструкци котгтактных резервуаров в озонофлотацнонные сооружения, используют данны но гидродинамике имеющихся емкостей.

В четвертой главе дастся гигиеническая и технико-экономическая оценки схем лоочистки н дезинфекции. Схема 1 - традиционная, нрсдусматрнвас удаление взвеси на зернистых фильтрах с последующим оэоннроншшем контактном резервуаре. В схеме 1, известной ранее, вода после филырпцн озонируется малыми дозами и хлорируется. В качестве хлороеодержащег реагента используется более безопасный при хранении пиюхлорит натрия. Схем 3 - экспериментальная, предусматривает подкислсние вод!>1 после фильтрации I рН=5, что позволяет снизить дозы озона на 45% и соответственно потребность электроэнч тш. Схема 4 - предлагаемая, предусматривает обработку воды озонофлотаторах; л 5 - экспериментальной схеме, вода перед озонофлоташп подкисляется до рН=5. Схемы пропит гншеннческую оценку на кафел] коммунальной гигиены Московской медицинской академии им. И.М. Ссченоп Получено заключение о возможности использования воды, обработанной I

данным схемам п открытых н закрытых системах промышленного водоснабжения. Результаты исследопшпш показали, что сточные воды, прошедшие очистку озонофдотацией до кошшндскса очищенной воды менее 100 не проявляли биологической активности даже при длительном поступлешш в организм тестживотпых.

Экономическая оцсгаса проводилась для станций производительностью 50, 500 и 3600 л,1С. куб. м/сут. и уровнен обеззараживания по колниндексу 100 и 1000 кл/л. Удельные капитальные затраты минимальны в схемах, использующих озонофлотаторы. Себестоимость обработки воды максимальна у первой схемы. Схема 3 по набору сооружений практически идентична, схеме 1, однако, расход эзона у нее на <10% меньше за счет подкисления. Тем не менее общая :ебсстонмость пьпне из-за высокой стоимости кислоты, аналогичное соотношение 1аблгодаегся для схем с использованием озоиофпотмпга, Применение ;грл5отштых кислот позволяет резко снизить себестоимость очисткн, при этом :хема 3 становится пполпе конкурентоспособной со 2 и 5, а озонофдотацня с [редварнтельным подкнелеиием имеет мшшмум по себестоимости практически на ссх расчетных расходах. Приведенные затраты мшшмальны для схем с спользованнем озонофлотпшт. Ввод топарной кислоты перед озонофлотатором :хема 5) увеличивает затраты. Применение схемы 5 становится целесообразным элько при пшпгпш в требуемых количествах отработанных кислот, разрешенных применению санитарными органами.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

' 1. Эффективность дезш1фекщш зависит от абсорбированной дозы озона, рН >рабатываемой воды, начальной п конечпой концентрации бактерий, опгерпцпдное действие озона по отношешпо к индикаторным мнкрооргшшзмам елггчггсается п кислой среде. Озошгровшше при ншкнх значяшях рН воды еспечгааег гарантированное отсутствие в очгацешюй воде патогенных бактерий вирусов. Бактертшдпый аффект озона не зависит от вида применяемой слоты.

2. Наряду с улучшением бактериологических показателей с понижением рН зышается эффекпшность озонировшны в отношении химических показателей (ества воды. В кислой среде удельные затраты озона по отношешпо к ХПК и •аническому углероду снижаются более чем в 3 раза.

3. Значаще <рН=» является оптимальным для проведения процесса озонирования, обеспечивающим 45% экономии озона при обеззараживании и 55% при глубокой очистке. Озонирование в таких условиях дает возможность не проводить последующей нейтрализации очищенной воды минеральными реагентами. Для обеспечения рН>6,5 время пребывания в реакторе оюшфоваши должно быть не менее 25 мин.

5. Концмгграцня остаточного озона в оэохшровшшой воде зависит от абсорбированной дозы озона, что позволяет использовать ее в качестве метода экспресс-контроля за процессом обеззараживания. Сравнительная оценка трех методов иодомегрнческого определения остаточного озона в растворе показала наличие существенных погрешностей при использовании традиционных методов.

. Установлено, что остаточный озон в городских сточных водах целесообразно определять по разности определений общего количества окислителей до и после удаления озона отдувкой. . •

6. Озонофлотация являемся более эффективным методом доочнетки, чем озонирование. Использование озонофлотация позволяет провести процесс доо'шетй! и обеззараживать о одном сооружыши, при этом не требуется предварительная очистка воды на зернистых фильтрах. Общее количество микроорганизмов более интенсивно, снижается в процессе озонофлотации, чем

' при окислении. Озонофлотация в нейтральной среде увеличивает степень очистки от химических загрязнений более чем в 2,5 раза по сравиеншо с озонированием. Уменьшение рН негативно сказывается на .озонофлотации, эффективность процесса в кислой среде снижается.

7. Рассчитшщые на основании производственных испьгшиШ процесса озонирования эмпирические зависимости подтвердили результаты, полученные в лабораторных экспериментах, что свидетельствует о правильности допущений, принятых при физическом моделировании процесса в лабораторных условиях.

8. Математической моделью процесса озонофлотации является система уравнений диффузной модели течения жидкости дополненная кинетическими уравнениями изъятия загрязнений. Анализ модели показывает целесообразность ириближенн" гадродипамнческого режима сооружения к реактору-вытеснителю. Расчеты по модели показывают, что дня достижения качества воды, соответствующего требованиям, предъявляемым к открытым системам промышленного водоснабжения необходимо время контакта менее 5 минут н доза озона 17 м г/л.

9. Глубоко очшценные сточные воды, обеззараженные озонофлотациошшм методом до уровня требований, предъявляемых к доочшяенпым сточным водам, повторно используемым в "открытых" системах промышленного водоснабжения, имеют благоприятные органолептическне показатели и не оказывают негативного воздействия на теплокровных животных, а так же на человека, при длительном иероральном, ингаляцноном и эпикулярном воздействии на оргашпм.

10/ Наиболее оптимальной схемой третичной счистки биологически >чищашых. юродских сточных вод, используемых повторно в "открытых" гистемах промышленного водоснабженния, является озонофлотация в к'Лтралыюй среде. Применение озонофлотацни позволяет существенно мешлнить количество сооружений в технологической схеме, капитальные и 1риведишые затраты на доочнетку н дезинфекцгао. Экономический эффект исдрения метода на Стшщнях разной производительности составляет 1,12 106 -й • 10е млн рублей в год.

Основные положения диссертации были опубликованы в следующих аботах:

1. Калицун В.И., Козлов М.Н., Филимонова Е.В. Дезинфекция и доочнетка фодскнх сточных вод озонированием/ М., МГЦНТИ, вып. 9, 1987г.

2. Калицуи В.И., Козлов М.Н., Фишшонова Е.В. Обеззараживание очных вод озоном / Проблема больших городов, обзорная информация ГЦНТИ.М, вып. 11,1990 г.

3. Filirnonova E.V., Kozlov M.N., Vliv latek menicich rychlost rozkladu ozonu : dezinfekei odpadnich vod / Влияние веществ изменяющих скорость разложения она, на обеззараживание сточных вод / EKOLOGIE А' MLADEZ, EZINARODNI PROGRAM UNESKO CLOVEC A BIOSFEKA - Prece mladych ieckych procovniku, Praha 1988.

4. Козлов M.H. Определение основных параметров озонирования на малых истных сооружениях, экспресс-информация, Институт экономики жнлищно-ямуналыюго хозяйства АКХ. им. К.Д. Панфилова, вып. 10 (24), 1990 г.

5. Козлов М.Н., Филимонова Е.В. Озонофлотация городских сточных вод, ^снабжение и санитарная техника, №2, 1991 г.

(>. Козлов M.II., Филимонова Е.В. "Доочнетка н обеззаражива1ше одскнх сточных вод озоном", обзорная информация, М., Институт экономша! IX, 94 с. пл., выи. 3, 1991г.

7. Козлов М.Н. "Третичная очистка биологически очищенных сточных' ", Водоснаб^кеяис и санитарнаа техншеа, № 3, 1992 г.

Подписано в печать 09.03.95 г. Формат 60x84^/16 Пачать офсетнад И-67 Объем I п.л. Т.100 Бесплатно 50а-

Московский государственна строительный университет. Типография МГСУ. ¿29337, Москва, ул. Ярославское ш;,26