автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Глубокая доочистка сточных вод автономных коммунальных объектов

Министерство науки, высшей шкалы и технической ■ ■ политики Российской Федерации

САНКГ-ПЕГЕРБУТГСКИ?! ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АИЖЕШШО-СТРОЖЕЛЪНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Г10 О Л На нравах рукописи

УДК 628.337:628.34

АЛЬ-ХА!ЛАЙЕД ХУО АМ ДАШБ

ГЛУБОКАЯ ДООЧИСТКА СТО-НЫХ ВОД АВТОНОМНЫХ ' КОММУНАЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ

05.23.04 - водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание'ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1994

Работа выполнена на кафедре канализации Сшкт-Петербургского Государственного архитектурно-строительного университета

ЕАУЧНЦЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЖШ:

доктор технических наук, профессор i И.Г.Краснобородько

академик SKA, доктор технических наук, профессор Ю.Л.Феофанов

кандидат технических наук, Е.Г.Петров

доцент

ЪЩУШ ОРГАНИЗАЦИЯ:

Денгипрошашро ект

Защита диссертации состоится "25" января 1994'г. в "15" часов на заседании Специализированного совета К 0631.31.03 в Санкт-Петербургском Государствешю:л.архитег.-турно-строитсЛьном университете по адресу: 198005, г.Санкт-Петербург, 2-3 Красноармейская ул., д.4, Ленинский зал.

, с диссертацией модно ознакомиться в фундаментальной библиотеке университета.

Автореферат.разослан "10" января 1994 г.

•-. Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат технических наук, доцент.

Г.П.Кошша

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОШ

■Актуальность темы. Охрана окружающей среды, в том числе и защита водоемов от загрязнения сточными водами, является одной из важнейших проблем современности. Для решения этой проблемы на первый план выдвигается необходимость разработки новых прогрессивных и высокоэффективных технологических систем обезвреживания сточных вод.

Наряду со стоками крупных городов и промышленных предпри-. ятий источником загрязнения природной гидросферы часто явда-ются и сточные воды небольших автономных коммунальных объектов: вельских населенных пунктов, баз отдыха, отелей, кемпингов, пансионатов, оздоровительных убеждений, вахтовых поселков геологов, нефтяников и т.п. Из-за удаленности этих объектов друг от друга и от централизованных систем канализации предусматривается локальная очистка сточных вод.

Особенностью малых систем канализации являются неравномерность отведения сточных вод и значительные колебания их состава. Выпуск таких стоков осуществляется,как правило, в небольшие малопроточные или замкнутые водоемы, находящиеся часто . в строго контролируемых заповедных зонах отдыха и туризма.Значительное содержание в них биогенных элементов - соединений азота и фосфора, поступление которых в водоемы может приводить к развитию процессов эвтрофикации, также обусловливают повышенные требования к качеству их очистки. Кроме того, локальные очистные сооружения автономных объектов должны быть компактными, экономичными и простыми в эксплуатации, отличаться стабильностью и надежностью в фаботе.

Применяемые в настйящее время методы биологической очистки таких стоков с физико-химической доочисткой не обеспечивают" удаления всего комплекса загрязнений, в том числе-и биогенных элементов аммонийного азота и фосфора. Причем•эта проблема требует своего решения повсеместно, в том числе и в ближневосточном регионе, в частности в Иордании, где автономные коммунальные объекты сосредоточены на берегах малопроточных рек, небольших озер, а также в прибрежной зоне Мертвого моря, являюще-

гося не только уникальным водоемом мира, но и источником добычи .минеральных оолей - основных экспортируемых природных ресурсов. В связи со' сказанным, настоящая диссертационная работа посвящена разработке новой прогрессивной и высокоэффективной технологической системы глубокой доочистки сточных вод автономных коммуйальных объектов, является весьма важной и актуальной.

Наиболее перспективным решением является использование для доочистки биохимически очищенных сточных вод методов глубокой необратимой деструкции биохимически стойких органических загрязнений за о чет каталитических редокси-процессов, инициированных различными физико-х*шическими агентами, С этих позиций весьма эффективно использование "активного" хлора, а также продуктов гетерогенно-каталитичеокого его разложения - атомарного кислорода и различных радикалов, обладающих большим запасом химичеокой энергии в момент их образования на поверхности гетерогенных катализаторов,- за счет чего обеспечивается также и окисление аммонийного азота р сопутствующим процессом хемосорбции фосфатов. Промежуточные продукты гетерогелно-каталитической трансформации могут быть значительно легче, чем исходные органические загрязнения, изъяты из сточных вод.активированными углями, а для финишной очистки с целью обеспечения требований к Качеству сточных вод, направляемых в рыбохозяйственные водоемы, по аммонийному азоту /по ВДК - 0,4 кг/л/ целесообразно предусмотреть фильтрацию через ионообменные природные минералы.

' Цель и задачи работы. В, ооновнне задачи диссертационной работы, ставящей целью разработку.комиликоной технологической системы глубокой доочистки биохимически очищенных сточных вод автономных коммунальных объектов от трудноокисляемых органических загрязнений и биогенных элементов, входило:

- усовершенствование технологии гетерогенно-каталитического окисления с использованием автономно генерируемого "актишого" хлора;

- разработка высокоэффективной технологии получения "активного" хлора путем электролиза малоконцентрированных растворов поваренной соли или сильноминерализованной воды Ыертвого моря;

-'разработка для финишной стадии очистки сточных вод техно-

логии ионообменного извлечения аммонийного азота на природных, минералах-цеолитах с обезвреживанием и повторным использованием растворов, образующихся при регенерации цеолитовых фильтров;

- синтез комплексной технологической системы глубокой до-очистки сточных вод автономных коммунальных объектов в целом с выявлением эффективности й определением технико-экономических показателей.

Методика и обработка результатов исследований. Методологическая последовательность проведения исследований, по разработке комплексной технологической системы глубокой доочистки срочных вод базировалась на системном анализе, включающем: формулировку теоретической гипотезы; детальное изучение в лабораторных экспериментах химизма и механизма, кинетических и гидродинамических закономерностей исследуемых процессов, протекающих в разработанных для реализации новых аппаратах ,■ а также математическое их. описание; проверку полученных результатов на пилотной уотановке при.очистке реальных сточных вод о целью подтвермденин общей технологической эффективности предложешыхтехнических решений. Определение основных показателей качества сточных вод осуществлялось по стандартным методикам, содержание "активного" хлора - _ экспресс-методом спектрофотомеТрического анализа. • ■ . '

На основании лабораторных экспериментов по выявлению химизма и механизма процессов очистки сточных вод устанавливался вид ашроксимирующих' формализованных математических моделей, адекватно описывающих кинетические закономерности. По экспериментальным данным определялся вектор констант,.характерных для .этих моделей.

При разработке новой конструкции электролизера устанавливалась более эффективная для протекания исследуемого процесса генерации "активного" хлора гидродинамическая модель реактора и находились определяющие критерии принадлежности аппарата к этой модели.

Обработка результатов исследований проводилась с использованием метода наименьших квадратов и оценкой адекватности моделей эксперименту по значению корреляционного отношения и средней^ относительной ошибки расчетных данных. Воспроизводимость экспе-

риментальних данных определялась по критерию Фишера.

По результатам лабораторных и пилотных исследований осуществлялся синтез технологической системы и оптимизация конст-. руктивных характеристик водоочистного оборудования, на основании чего разработаны технологический регламент и рекомендации на проектирование сооружений глубокой доо чистки биохимически очищенных сточных вод автономных Коммунальных объектов.

Технико-экономические показатели и себестоимость очистки сточных вод определены на базе выполненной по разработанному технологическому регламенту проектной документации на строительно-монтажные работы станции доочистки сточных вод реального объекта. .• '

Научная новизна работы заключается: - - в теоретическом обобщении и экспериментальном обосновании технологии комплексной глубокой очистки биохимически очи-'щенных.сточных вод путш их гетерогенно-каталитического окисления и доочистки сорбционно-ионообменным способом;

- в разработке технологии автономной электрохимической генерации "активного" хлора-путш электролиза малоконцентрирован-

-ных растворов поваренной соли и высокоминерализованной морской воды с рециркуляцией обрабатываемого электролита;

-. в выявлении механизма и кинетических закономерностей генерации "активного" хлора в зависимости от технологических параметров электролизной установки;

" - в разработке технологии очистки и восстановления отработанных регенерационных растворов после отмывки цеолитовых фильтров путем их электрокаталитической обработки;

- в разработке электрореактора, пригодного как ;пля электрохимического генерирования "активного" хлора, так и для очистки

и восстановления отработанных регенерационных растворов;

- в изучении гидродинамического режима раооты электрореактора новой конструкции и в математическом описании процессов электрохимического получения "активного" хлора в нем.

Практическая значимость и область применения. ' Разработанные по теме диссертации рекомендации и новые технические решения могут быть использованы не только для глубокой доочистки

сточных вод автономных коммунальных объектов, но и для обезвреживания промстоков, содержащих такие специфические загрязнения, как трудноокисляемые биохимически стойкие органические загрязнения, азот аммонийный и фосфаты /к примеру, птицефабрик., зверо- и свиноферм, мясокомбинатов, теплиц и т.п./, а также для автономного электрохимического получения "активного" хлора с целью обеззараживания природных и сточных вод.

Комплексная технология глубокой доочистки сточных вод автономных коммунальных объектов с использованием для гетерогенно-каталитического окисления загрязнений "активного" хлора, генерируемого из морской воды,, может быть реализована в ближневосточном регионе прибрежной зоны Мертвого мбря, в первую очередь,, в Иордании.

Разработанные новые конструкции электролизера и 'электрокаталитического реактора могут быть использованы и для очистки промышленных сточных вод.

Внедрение результатов работы. Технология гетерогенно-ка-талитической очистки с использованием автономно генерируемого "активного" хлора внедрена при разработке проектной документации на строительно-монтажные работы станции глубокой доочистки биохимически очищенных бытовых сточных вод вахтового поселка Кибик-Кордонского карьера ПО "Саянмрамор".

Электролизная установку получения "активного" хлора с использованием разработанного в диссертации электрогенератора и рециркуляцией раствора поваренной соли эксплуатируется в мотеле-кемпинге "Ретур" п.Александровская Ленинградской области для обеззараживания воды бассейна для купания.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на 49-й и 50-й научных конференциях СПбГАСУ/Санкт-Петербург, 1992 и 1993 гг./, на Российской межотраслевой научно-практической конференции /Санкт-Петербург, 1993 г./, на итоговой конференции по межвузовской научно-технической программе "Стро-ительство"/Нижний Новгород, 1993 г./.

Публикации. До материалам диссертации опубликовано три печатных работы. •

На защиту выносятся результаты комплекса научно-исследовательских работ по созданию и внедрению комбинированной техноло-, гии глубокой доочистки биохимически очищенных сточных вод автономных коммунальных объектов, характеризующие следующие основные положения диссертации:

- результаты проведения экспериментов по установлению химизма, механизма и кинетических закономерностей разработанных процессов электрохимического получения "активного" хлора, ионообменного извлечения аммонийного азота клиноптилолитом, обезвреживания, повторного использования и утилизации отработанных ре-генерационных растЁоров отмывки ионообменных фильтров;

- обобщение полученных научных и экспериментальных результатов с их теоретической и математической интерпретацией;

_ - принципиально новые конструкции генератора "активного" хлора и электрокаталитического реактора; .

- комплексная технологическая схема глубокой доочистки сточных вод с результатами пилотных испытаний по проверке эффективности ее работы на реальных сточных водах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из оглавления, введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и шести приложений. Она изложена на 143 страницах машинописного текста, включает 35 рисунков, 41 таблицу и список использованной литературы из 105 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулирована цель диссертационной работы, представлены обобщенные результаты.

В первой главе- рассмотрены вопросы современного* состояния очистки оточных вод автономных коммунальных объектов. Представлены сведения, характеризующие особенности водоотведени и с устава образующихся сточных вод, отмечено, что в большинстве случаев эти объекты располагаются в строго контролируемых зонах отдыха и туризма, а прием стоков осуществляется в маломощные реки, или ыалопроточные пруды, озера и водохранилища или в замкнутые Еодоемы, а это,в свою очередь,обусловливает необходимость их

минерализации органических загрязнений и окислении основной массы аммонийного азота автономно получаемым "активным" хлором с изъятием образующихся на этой 'стадии промежуточных продуктов трансформации и хемосорбцией фосфатов на активированных углях и очисткой от остаточного аммонийного азота на заключительной стадии путем фильтрования через 'ионообменные природные материалы.

Во второй главе представлены результаты комплекса научно-исследовательских работ по совершенствованию технологии электрохимического получения "активного" хлора из малоконцентрированных растворов поваренной соли или воды Мертвого моря при циркуляции обрабатываемого электролита с установлением механизма и кинетических закономерностей и выявлением оптимальных паралетров технологического процесса, с выбором электродных материалов, с разработкой принципиально новой конструкции электрореакТора, изучением гидродинамического режима его работы, моделирования и математического описания процесса генерации окислителя.

^следования проводились на лабораторной установке, вктча ; ющей бак с раствором электролита, он же накопитель вырабатываемого гипохлорита, циркуляционный престатич'еский насос и напорный элёктрореактор с выпрямителем. Установка снабжена термометром и пробоотборником. Электрореактор-.представлял собой вертикально расположенную трубу диайетром 0,06 м из нержавеющей стали, являющуюся катодом, ограниченную двумя токоподводящими плоскостями с отверстиями для протока жидкости: нижней - анодной и верхней -катодной. К нижней плоскости приварен пористый титановый патрубок - анод, покрытый оксидом кобальта /ОКГА/, 0=0,04 м; к верхней - стержень из нержавеющей стали,'0=0,01 м, выполняющий роль второго катода. Рабочий обЬем аппарата 0,232 л , площадь анода 0,023 ы~ /внешняя, без учета пористой поверхности/.

Кинетика образования "активного" хлора из раствора поваренной соли в таком электролизере удовлетворительно 'описывается зависимостями типа квивой насыщения:

4, = , /1/

где ^и'В,- эмпирические коэффициенты, зависящие от ис-одной концентрации электролита С^ /г/л/ и анодной плотности тока г/д/м^/. Математическая обработка результатов экспериментов позволила

определить эти величины /рис.1/; представленные зависимости указывают на то, что в интервале С^се-20-30 г/л наблюдается некоторая нестабильность процесса, исчезающая при переходе к более концентрированным растворам. Близкой к оптимальной можно считать величину = 40 г/л.. .

Зависимость коэффициента А от плотности тока есть величина постоянная, равная 15,6, т.е. зависимость /I/ можно представить уравнением: - Сах <= (5,6 to6p /(ßz + tcSf) . .1*1 Однако справедливость этого уравнения действует в интервале величин анодной плотности тока 200-800 А/м^, причал при i ^800 A1m¿ Сах становилась меньше. Это связано с ощутимым перемешиванием электролита в межиектродном.нростанстве при увеличении газовыде-. ления, что и уменьшает выход целевого продукта из-за увеличения диффузии CÍO' и ускорения его нежелательного побочного разряда на аноде совместно с СГ, ведущего к образованию неактивных хлоратов. Кроме того, перемешивание электролита, увеличивающееся с повышением i , снижает окислительный■потенциал■продуктов электролиза вследствие нарушения прианодного слоя, в котором в основном находится H0CÍ, и ведет к образованию с прикатодной- щелочью гипо-хлорита натрия (HCl ¿Ш +2XaOH-~ JkCi+ J¿Ü0 + 2 НгО), ш еющего меньший окислительный потенциал, нежели НОСЕ.

При величине i =1000. к}ь? и более происходит быстрый нагрев электролита, что также создает благоприятные условия для образования побочных хлоратов. Поэтому оптимальной плотность тока следует считать 800 А/м^.

Выявление условий рециркуляции проводилось уже при установленных оптимальных значенияхcxác¡ till. Получены математические зависимости кинетики образования "активного" хлора в зависимости от коэффициента циркуляции Кц, представляющего отношение объема обрабатываемого раствора электролита к объему электрореактора: .

. ■ . C« = Z,1 , при ■ Кц с 9 . / 3 /

И сах =.0,61** .при Кц ~ 18 . /4 /.

Аналогичные исследования проведены и с использованием раствора, моделирующего воду Мертвого моря, которая характеризуется значительно большим содержанием хлоридов, причем не только одновалентных металлов, но и в основном двухвалентных - кальция и

магния. Кинетические зависимости имеют тот же характер, что и при электролизе раствора ЛвС[, отличающиеся лишь вектором констант:

-0ax-A3Úp> и Ca^AAtfs;t /5/

где Ak и - эмпирические коэффициенты, зависящие соответ-

ственно от величин i и /(,, значение которых представлены на рис.2.

Оптимальной величиной плотности тока при электролизе морской воды следует считать 1200 А/нР.

Интересны результаты по влиянию Л на Сах . Установлено,что с ростом Кц концентрация Сах снижается как при электролизе растворов JaCE, так и морской воды. Но при этом масса образующегося "активного" хлора Maí - выход целевого продукта стабильно увеличивается по мере увеличения Кч, т.е. объема обрабатываемого электролита. Следствие этого - снижение удельного расхода электроэнергии по мере роста коэффициента К . Низкие значения Кч приводят к быстрому повышению температуры /см.рис.3/, и хотя это облегчает процесс образования а.х. за счет сдвига поляризационных кривых выделения хлора в сторону отрицательных потенциалов, однако с ростом температуры уменьшается растворимость хлора, увеличивается его непроизводительный-вынос в атмосферу, а также происходит электрохимическое образование побочных неактивных хлоратов.

Результаты сравнительных данных получения а.х. из растворов • Л a Cl и морской воды /табл.1/ показывают, что оптимальными величинами Кщ следует принимать в обоих случаях 15-18.

Анализ данных рис.3 показывает, что в начале электролиза происходит' подщелачивание раствора, что связано с накоплением в прикатодном пространстве ОН- за счет выделения в'атмосферу водорода. Затем по мере накопления ОН- и -диффузии их в объем обрабатываемой жидкости они взаимодействуют с Сз" и Мд с образованием гипроксидов, которые выносятся вместе с потоком жидкости из элек-трореактора1 в виде кристаллов. Значение рН при этом резко снина-ется. После того, как основная масса Cd*и Л/^г+IIpopeaгиpoвaлá с анионом ОН-, значение активной реакции среды /рН/ равномерно повышается до 6-6,2 и .затем стабилизируется.

До результатам проведенных гидродинамических и кинетических исследований составлено полное математическое описание „роцесса получения а.х. в разработанной новой конструкции электрореактора. Гидродинамические исследования показали, что закономерности дви_

/Зс<

А и В к уравнению /I/.

А и В к уравнению /5/.

Ркс.З. Кинетика изменения рП(---) и температурь^- ■)

жидкости в процессе электролиза, (при обработке морокой воды)

Таблица I

Сравнительные данные выхода "активного" хлора М^ (г) в растворах поваренной соли ( ПС = 40 г/л; £ = 800 А/м*") и в модельных растворах воды Мертвого

* моря ( £ = 1200 А/ы?)

ь : К=4,3 к 4,44 : "V 8,6 и 8,9 : V 12,9 и 13,3 • КР = 17,2 и 17,7

мин ■

: ПС : ММ : дМах : ПС : ММ : лМ^ : ПС : ММ :-Мах : ПС : ММ : -Мах

■ 20 '6,21 7,5 1,29 • 6,0. - 10,4 " 4,4 6,18 12,0 5,82 6,25 12,0 5,75

40 10,0 15,0 5,0 11,6 18,0 6,4 12,6 19,5 6,9 13,1 21,6 8,5

60 11,5 17,2 5,7 15,2 24,0. 8,8 17,5 27,0 9,5 18,5 28,0 9,5

80 11,64 18,0 6,36 18,2 30,6 .12,4 21,1. 29,1 8,0 24,1 33,2 9,1

100 11,64 18,2 6,56 24,1 39,6 15,5 29,3 40,0 10,7

120 27,1 46,2 19,1 31,8 45,2 13,4

140 30,0 52,2 22,2 33,7 54,0 20,3

160 31,1 ' 55,2 24,1 35,5 61,6 26,1

180 - 32,0 57,0 25,0 37,8 66,0 23,2

жения жидкости в таком аппарате адекватно описываются типовыми моделями идеального, смешения, а режим движения соответствует • ламинарному течению.

Дли построения математической модели- синтеза а.х. была принята следующая система стехиометрических уравнений:

'втон'+ (1- Вг)Ог + вт (носе + ао~) = (б + е>т)нго+28тсе~±Аё,

где Вт - выход по току соответствующей реакции.

Гомогенную химическую реакцию жидкофазного окисления схематически можно представить как: ОН + \HOCl + С10~'] +

+ пИ. - Н — 2СЕ~+ И-Ц+С0г+Нг0 + [прочие продукты реакции]/ 7 1

Уравнения /6/ и /7/ однозначно определяют форму математической модели кинетики превращения в электрореакторе. В соответствии с этим скорости образования а.х., расходования ДаС1, изменения рН и концентрации С1 описываются математической моделью вида: ч

сИ

м

(-Х

С-

-/йс^

у - Л ¿/ЬС/.

1-х )

</ся

АСсг_ ■ сЦ

¿Вг гге,

¿вт ^/Ц-144 г" .

Г /а/

2ТЕ.,

ег

Здесь К - удельная скорость реакции превращения поваренной ' соли, Л - степень пре^ращенияЛэСРв а.х.,- Cjt - концентрация веществ в формально-параллельных реакциях:

„ СН , /»/ :

где Зт. - выход по току j -компонента; £ - число электронов, участвующих в реакции; Т -'константа Фарадея; М- - молекулярная масса у -компонента. . ' <!т

Входящее в систему дифференциальных уравнений /8/ выраже-

ние

- ] есть не что иное, как СМс, ,

т.е. та часть М&С1 ( хлорид-ионы которой превращаются в а.х., а остаточную часть. ЛаС1 обозначил через С-ЛаСг . Это позво- ' ляет представить концентрацию ЛзС£ в любой момент времени t в зависимости СЛзс1{ + СЛег Поэтому начальные

и" граничные условия для уравнений /8/ будут тлеть вид: ^ = 0 | СМ({ , С^ ; = ■

■ I = I = О; ; - с,

Корреляционное отношение /О,98/ и средняя относительная ошибка /3,42$/ позволяют сделать вывод, что предложенный вид ма- • тематической модели адекватно описывает прбцессы превращения в разработанной конструкции'электрореактора и может быть в дальнейшем использован для описания процессов превращения в промышленных аппаратах и решения вопросов их оптимизации.

Третья глава посвящена обсуждению результатов исследований по разработке технологии ионообменного'извлечения аммонийного азота на завершающей стадии глубокой очистки сточных вод,, основной целью которых было.обоснование выбора и выявление технологической целесообразности использования природного ионообменного, материала, а также решение проблемы его регенерации и обезвреживания отработанных регенерационных растворов с их повторным использованием и утилизацией. ' . _ •

Б качестве объекта исследований был выбран клийоптилолит Шивартуйского месторождения, аналогичные цеолитовые месторождения встречаются и в Иордании. • '

Для обоснования технологической целесообразности' использова-, шш этого материала для' очистки стоков была определена ионообменная емкость по в зависимости от его крупности и продолжительности очистки. Установлено, что между крупностью цеолита и его емкостью наблюдается обратная зависимость, это указывает на работу только поверхностного слоя загрузки фильтров.' Поэтому для • увеличения емкости поглощения фильтров их следует загружать как можно более мелкой фракцией цеолита. Однако при этом снижается предельная величина скорости фшсьтрования, повышается гидравли-

1 / Ю /

ческое сопротивление, требуются дополнительные затраты на 'дробление цеолита. Исходя из этого наш была принята оптимальная крупность 1-3 мм.

Изучение кинетики изъятия показало, что до 98% аммония извлекается из сточной жидкости в течение 15 минут, при этом 9395% массы аммония удерживается за первые 10 минут контакта. Исходя из.полученных данных и скоррелировав их с дополнительными затратами, связанными с увеличением строительных объемов фильтров, оптимальной продолжительностью контакта была выбрана величина 10 минут.

Исследования в проточном режиме в модельном растворе хлористого аммония /концентрацией по 10 мг/л/ при крупности загрузки 1-3 мм и t = 10 мин позволили определить полную обменную емкость, которая составила I г'-экв на I кг цеолита. Учитывая эту величину и концентрацию JИÍ в воде, поступающей на фильтр, было рассчитано, что использование для станции производительностью . цо 200 м3/сут' двух последовательно расположенных стандартных фильтров ёС-206 обеспечит качественный состав очищенных стоков по ЦПК на сброс в рыбохозяйственный водоем в течение 5-6 месяцев 5ез регенерации цеолитовой загрузки.

При насыщении цеолитовой загрузки'до значений, превышающих ]ДК по предлагается регенерировать фильтр 10%-ным раствором УаИ, используемый для электрохимического получения а.х. Такая )бработка в количестве Г7-20' обь емов цеолита позволяет восстановить его ионообменные свойства на 90-92% при первой регенерации I до 87-89% после четырех-пятикратной регенерации, а учитывая пе-1Иоднчность регенерации ионообменных фильтров /один раз в 6 меся-дав/, можно судить о возможности длительного использования цеолита.

Нами предлагается новая альтернативная схема обработки репарационного раствора с использованием применяемого в основном ехнологическом процессе ^чистки сточных вод оборудования для олучения а.х. Для этого отработанный регенерационннй раствор, одержащий в основном ,и С£ , подается в электролизер,заем поступает в емкость-дегазатор, после чего, направляется в ка-алитический реактор, заполненный пиролюзитом, и далее в накопитель олевого раствора с целью повторного использования в системе ре-енерации цеолитовых фильтров или для приготовления рабочего

раотвора электролита для автономного получения'а.х.

Оптимальными параметрами электролиза приняты I = 600 Дhr и t 0ф = 3 мин, при этом эффективность очистки регенерационного раствора от при исходной его концентрации /1100-1400 мг/л/ составляет 75-80%. Остаточное количество. Ml/250-300 мг/л/ окисляется электрохимически полученным а.х.- в течение 10-15 минут в емкости-дегазаторе еще в среднем на 96% /до 10 мг/л/, а затем полностью удаляется путем фильтрования через гранулированный катализатор-пиролюзит /фракцией 2-5 мм/.

На рис.4 приведена обобщенная и линеаризованная зависимость остаточной концентрации аммонийного азота от удельного количества электричества, пропущенного через раствор, которая достаточно хорошо описывается уравнением:

= Vfy * ки ' !11;

из которого путем несложных преобразований получено выражение для

определения значений текущей концентрации аммонийного азота: . ' 712/

где Сли* и См+ - 'соответственно, исходная и текущая концентрации аммонийного^ азота, мг/л; К - константа скорости процесса, представляющая собой тангенс.угла наклона линеаризованной зависимости, дао составляет 3,5*10 л/(Атч); ' - удельное количестве электричества, пропущенного через раствор, к-ч/л. Последнее выражение может быть использовано для проведения-технологических расчетов узла обезвреживания регенерационных растворов.

В четвертой главе представлены данные-по синтезу-комплексной технологической системы глубокой доочистки сточных вод и результаты исследований на пилотной установке по уточнению при выявленных ранее оптимальных параметрах эффективности доочистки реальных сточных вод, прошедших стадию биохимической очистки на локальных сооружениях мотеля-кемпинга "Ольгино" /г.Санкт-Петербург/ Пилотная установка включала расходную емкость-камеру реакцш исходного'стока с дозируемым раствором а.х. /100 мг/л/ и последовательно соединенные колонки, загруженные отдельно пиролюзитом,активированным углем АГ-3 и цеолитом.

ШО

аоо

&00

* 400

•ч

Ь V 5 § 200

<о'

®\

а\ у

Я V

•¿г ..

и*

♦ч

4/

57 М *РЛ> л

Рис.4 Влияние удельного количества электричества на остаточную концентрацию аммонийного азота С^* /зависимость У и её линеаризация /зависимость 2/

Рис.5 Комплексная технологическая схема глубокой доочистки сточных вод

Продолжительность контакта очищаемого стока поддерживалась до 15 мин с пиролюзитом и углем, а в ионообменных колонках с цег-олитом 10 мин.

Обобщенные результаты экспериментов сведены в табл.2, в которой приведены средние значения ингредиентов серии из восьми опытов.

Таблица 2

Глубокая очистка биохимически очищенных сточных вод мотеля-кемпинга "Ольгино"

Сточная жидкость после

Показатели биологической очистки -- :гетерогенное сорбцион-:каталити- : ной до: ческого : очистки :окисления : :фильтрации : через кли-:ноптилолит

Взвешенные вещества, мг/л ХГК, мг 02/л 7,1 24 2' 7,4 0,3 5 0,1 3,6

ЫЖ5, мг О2/л 9,7 3,6 3,2 2,6

фосфаты, ' ^2 б' мг^л 0,8 0,5 ' 0,25 ' 0,12

Азот аммонийный, мг/л 8 1,6 0,6 0,3

Анализ данных этой, таблицы свидетельствует о том, что рекомендуемая технологическая последовательность доочистки сточны: вод обеспечивает высокое качество воды на выходе из сооружена, в т.ч. соответствует требованиям, предъявляемым к остаточному содержанию аммонийного азота и фосфора.'Суммарный эффект очисти составил: по ЕПК - 92$,- по 96$, по фосфатам - 85$, В обработанной жидкости повышалась .концентрация растворенного кислорода и обеспечивалось полное обеззараживание.

•. На основании результатов всех проведенных экспериментальны: исследований, их теоретического обобщения и математической обра ботки разработана комплексная технологическая схема глубокой доочистки сточных вод от органических загрязнений и биогенных зле ментов с регенерацией цеолитовых фильтров, электрокаталитически

)безвреживанием регенерациошюго раствора с повторным его исполь-юванием в автоношой системе электрохимической генерации а.х. 'рис.5/.

Исходная сточная вода после биохимической очистки поступает ! контактный резервуар I, куда подается электрохимически генери->уемый а.х. из установки II. Дальше сток насосом 14 перекачивайся в каталитический реактор 2, заполненный пиролюзитом, откуда ж прбходит последовательно сорбционный фильтр З.с активированным тлем марки БАУ или АГ-3 и ионообмешшй фильтр 4 с цеолитовой за-■рузкой, после чего очищенная жидкость мажет быть направлена в щбохозяйственный водоем.

Для получения а.х. используется.электролиз раствора поварен-:ой соли, для чего предусмотрены бак 9 для хранения концентриро-1анного раствора /аСВ /200-300 г/л/, расходный бак 10 для приго-•овления рабочего раствора /40 г/л/ и установка электрохиш-¡еского получения а.х. II, в которую входит электрореактор с не->астворимыми пористыми титановыми анодами, покрытыми оксидом ко-¡альта, и циркуляционный резервуар-дегазатор.

Для регенерации цеолитовцх фильтров используется Ю$-ный -)аствор поваренной соли /10 г/л/, который из расходного бака 10 юлевнм насосом 12 подается на регенерацию ионообменного фильтра . Отработанный регенерационный раствор поступает в резервуар-на-:опитель 5, откуда подается в электролизер 6, по конструкции ана-:огичный электрореактору установки получения а.х. Пройдя электро-:имическую обработку, регенерационный раствор поступает в контак-ный резервуар 7 и далее через каталитический реактор 8 с диролю-итом возвращается в расходный бак рабочего раствора поваренной оли 10 для повторного использования при регенерации цеолитового 'ильтра 4 или для получения а.х. в установке II.

В пятой главе выполнен расчет технико-экономических показа-елей глубокой доочистки стг чных вод автоношых коммунальных обь-ктов по разработанной комплексной технологической схеме.

Технико-экономические расчеты позволили определить сеоесто-мость доочистки бытовых сточных вод Кибик-Кардонского карьера с |беспечением всех предельно допустимых концентраций загрязнений [еред соросом их в водоем саНитарно-бытового назначения, в т.ч. ю аммонийному азоту до I мг/л, что составило ?8 коп./ы3 в ценах

1987 года /табл.З, первый вариант/.

При необходимости более тщательной очистки сточных вод от аммонийного азота» например, при выпуске сточных вод в рыбохо-зяйственные водоемы, т.е. при Доведении концентрации аммонийного азота не более 0,4 мг/л, потребуется дополнительный узел финишно! ионообменной очистки с комбинированным электрокаталитическим реактором для обезвреживания регенеравдонных растворов цеолитовых фильтров. Общая себестоимость доочистки составив при этом 87 коп/м3 /табл.З^ второй вариант/, т.е. повышалась всего на 9 коп/м3, что безусловно следует считать экономически оправданию

Таблица 3

' Себестоимость глубокой очистки биохимически очищенной жидкости /производителыюсгь установки 100 м3/сут или 36,6 тыс. м3/год/

Варианты : Затраты, тыс.руб ! Себестоимость

: капиталь-:эксплуата- : : ные :циоккые : приведенные : очистки, : руб/м3

Первый 34,148 ■ 23,48 ■28,602 0,78-

Второй ; 42,98. 25,258 31,586 0,87

, ' 00НРШЫЕ ШВОДЫ •I. Анализ литературных данных показал, что для глубокой очистки /доочиотки/ биохимически очищенных сточных вод автономных 'коммунальных объектов перспективными являются гетеро-катали-тические процессн с использованием, окислительной способности кислородсодержащих: соединений хлора, в сочетании с физико-химическими методами.

2. В результате проведенных исследований разработана комплексная технология глубокой очистки биохимически очищенных сточных вод: гетерогенно-каталитическое окисление и глубокое извле- • чение биогенных элементов. Гетерогенно-каталитическая очистка /первая ступень обработки/ включает добавление в сточную воду а.х», обработку ее в реакторе с гранулированным пиролюзитом и фильтрацию через слой сорбента - активированного угля. Вторая

зтупень предусматривает ионообменную обработку в фильтрах, за-юлненных дробленным клиноптилолитом.

3. Усовершенствована технология электрохимического получения а.х. из хлоридсодержащих растворов. В качестве электролита могут' 5ыть использованы малоконцентрированные /до 40 г/л/ растворы JaCl дли высокоминерализованная морская вода. С целью повышения сте- . лени превращения JlaCi и увеличения выхода целевого продукта ''"активного" хлора/ рекомендуется вести процесс с рециркуляцией эбрабатываемого раствора. Для электролиза разработан принципиально новый аппарат, работающий в напорном режиме с коаксиально расположенными цилиндрическими катодными патрубками из нериаве-эщей стали и анодными патрубками из пористого титана, покрытого эксидом кобальта.

4. Разработана технология регенерации ионообменных фильтров тутем их отмывки 10%-ным раствором поваренной соли. Отношение эбьема регенерационного раствора к объему загрузки колеблется от Г7 до 20. В этих' условиях удается полностью отмыть клиноптилолит' от извлеченного из сточных вод аммонийного азота.

5. Разработана технология очистки и восстановления отрабо- . ганных регенерационных растворов ионообменных фильтров алектрока-галитическим способом. Для- реализации этой технологии разработан томпактный комбинированный электрокаталитический реактор, основ-ми элементами которого являются электролизер и каталитическая камера, которые по механизму протекающих процессов и конструктив-юму оформлению аналогичны соответствующим аппаратам, использу-2мым б основном технологическом процессе' очистки сточных вод и /зла получения а.х. ' ,

Обработанный по- этой технологии регенерационный раствор вос-;танавливает свои свойства и неоднократно используется до полной эегенерации цеолитовых фильтров, а затем направляется в качестве электролита на установку получения а.х., что позволяет не только эбезвренивать токсичные высококонцентрированные по аммонийному азоту растворы, но и их утилизировать, • ' . •

6. На основании проведенных исследований установлены меха- ' 1измы, выявлены кинетические закономерности и определены оптималь-ше технологические параметры процессов электрохимического лолуче-1ия а.х., ионообменного извлечения из сточных вод аммонийного азо-

та, а также его электрохимического окисления в отработанных ре-ген ерадионных растворах. .Определен порядок и значения констант уравнений, описывающих кинетику протекающих реакций.

7. По результатам кинетических исследований с учетом гидродинамической специфики работы электрореактора новой конструкции составлено общее математическое описание процесс а. получения а.х.

8. Разработанная комплексная технология глубокой доочистки биохимически очищенных сточных вод рекомендуется и для использования в ближневосточном регионе, в частности, в Иордании.

9. Результаты исследований реализованы в виде технологических регламентов на проектирование систем глубокой доочистки сточных вод автономных коммунальных объектов и рекомендаций на создание установок электрохимической генерации а.х.

10. Технология гетерогенно-каталитического окисления с использованием автономно отдельно генерируемого дрена в проекте на строительство сооружений глубокой доо чистки биохимически очищенных бытовых сточных вод Кибик-Кордонского карьера ПО "Саянмрамор1 а новые технические решения по электрохимическому получению а.х. из раствора ЯаСЛ внедрены на практике в мотеле-кемпинге "Ретур" п.Александровская Ленинградской области для обеззараживания воды плавательного бассейна.

11. Определены технико-экономические показатели электрохимического получения а.х. из малоконцентрированных растворов М&С1 и высокоадинерализованной морской воды, а также себестоимость глу-' бокой доо чистки сточных! вод по разработанной технологии.

ПУБЛИКАЦИИ

1. Аль-Хамайед Хусам Дамин, Краснобородько'И.Г. Исследование процесса электрохимического получения гипохлорита'из малоконцентрированных растворов поваренной соли// Тез.докл.Российской межотраслевой научно-практ.конф."Организация комплексных мероприятий природоохранной деятельности на предприятиях".--С-Петербург, Общество "Знание", 1993. - С.7-10.

2. Аль-Хамайед Хусам Дамин, Краснобородько И.Г. Исследование . процесса электрохимического получения гипохлорита из воды Мертвого моря//Тез»докл. секции водоотведения и очистки стоков 51-й научн.конф. СПбГАСУ. - С-Петербург, 1994.

3. Аль-Хамайед Хусам Дамки, Краснобородько И.Г., Кузнецов В.В., Подпорш А.В, Доочкстка сточных вод от вмыанвйнаго азота. - ■ - Новосибирск. Е, Известия Вузов "Строительство", $ 3, XS34 /в печати/.

С.(7.{ПА.еХ НО, Тир. /¿г?,-