автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Интенсификация биологической очистки и обеззараживания сточных вод рыбоперерабатывающей промышленности

На правах рукописи

ОД

¡/.¿4(1

САИНОВА В.Н.

интенсификация биологической очистки и обеззараживания сточных вод рыбоперерабатывающей прсмшенности

05.23.04. - Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1996

Минстрой РФ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ КОМПЛЕКСНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И КОНСТРУКТОРСКО-- ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ВОДОСНАБЖЕНИЯ, КАНАЛИЗАЦИИ. ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ И ИНЖЕНЕРНОЙ ГИДРОГЕОЛОГИИ (НИИ ВОДГЕО)

■Работа выполнена в НИИ ВОДГЕО и Астраханском Государственном техническом университете.

Научный руководитель -доцент, кандидат технических наук Долганава Наталья Вадимовна Научный консультант -доктор технических наук, профессор Скирдов Игорь Васильевич Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Ласков Ю.М.; кандидат биологических наук Троян О.С. Ведущая организация: Астрахангипроводхоз

Защита состоится 19 июня 1996 года в 10.00 часов на заседании диссертационного совета К 033.05.02. в НИИ ВОДГЕО по адресу: 119826, Москва, Г-48, Комсомольский проспект. 42. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИ ВОДГЕО.

Автореферат разослан мая 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

к.т.н. Чистякова Е.А.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Рыбообрабатывающие предприятия, как правило, располагаются вблизи водоемов или на территории населенных пунктов и свои сточные воды сбрасывают в водоемы или в городскую канализацию. Сброс неочищенных или недостаточно очищенных стоков приводит к существенному загрязнению водоема или к осложнениям в эксплуатации канализационной сети.

Очисткой сточных вод пищевой, и в том числе рыбообрабатывающей, промышленности занимались в 60 - 70-е гг. ученые ЛИСИ, МИСИ, ВОДГЕО и ряд зарубежных фирм ( "ДЕГРЕМОН" и др.).

Однако, существующие сооружения локальной очистки сточных вод (отстойники, жироловушки, флотационные и электрофлотационные установки) не позволяют полностью удалить загрязнения до требуемых ПДК, сложны в эксплуатации,относительно дороги, а сооружения биологической очистки нередко применяются без учета специфики процессов, происходящих при биологическом разложении загрязнений сточных вод рыбоперерабатывающих предпршгшй.

Проблемой, которая полностью не решается при физико-химической или обычной биологической очистке сточных вод является удаление низкомолекулярных соединений азота и фосфора, которые вызывают эвтрофика-цшо водоемов.

Доочистка биологически очищенных сточных вод рыбообрабз-тывающих предприятий от низкомолекулярных соединений требует либо больших объемов очистных сооружений, либо применения дорогостоящих реагентов и оборудования.

Решение данной проблемы возможно как при внедрении принципиально новых методов очистки, так и при совершенствовании известных методов биологической очистки, разработанных в ЛИСИ и ВОДГЕО.

Целью настоящей работы явился поиск путей интенсификации процессов биологической очистки сточных вод рыбообрабатывающих предприятий от органических и азотсодержащих веществ.

Поставленная цель предопределила основные задачи: - изучить состав сточных вод рыбообрабатывающих производств на примере Астраханского рыбокомбината:

- исследовать и оценить эффективность различных технологических схем биологической очистки сточных вод рыбообрабатывающих предприятий;

- изучить возможность интенсификации процесса биологической очистки путем ультразвуковой обработки активного ила и влияние ультразвука на процесс обеззараживания очищенных сточных вод;

- на основании проведенных исследований обосновать наиболее рациональный способ и установить оптимальные режимы интенсивной биологической очистки сточных вод рыбообрабатывающих предприятий;

- дать санитарную и экологическую характеристику очищенных стоков.

Научная новизна. Доказано преимущество использования для концентрированных сточных вод рыбоперерабатывающих предприятий трех-ступеиной схемы биологической очистки с илоотделителями на каждой ступени, позволяющей достичь глубокой биологической очиспси.

Экспериментально получены константы уравнений ферментативных реакций для всех ступеней биологической очистки сточных вод рыбоперерабатывающих предприятий.

Установлено, что ультразвуковая обработка активного ила приводит к интенсификации физиологических свойств микроорганизмов активного ила. существенно ускоряя тем самым процесс биологической очистки сточных вод.

Доказано, что совместное действие хлора и ультразвука позволяет значительно повысить эффективность обеззараживания и существенно снизить расход хлора.

Новизна научных результатов и технологий подтверждена патентом

на изобретение N 5030451 от 3 марта 1992 г. "Способ обеззараживания во... и

ды .

Практическое значение работы. Применение трехступенной схемы биологической очистки сточных вод рыбообрабатывающих предприятий позволяет на 30% сократить объемы сооружений по сравнению с двухсту-пенной схемой.

Использование полученных констант уравнений ферментативных реакций для сточных вод рыбоперерабатывающих предприятий позволяет оптимизировать процесс и выбнрать оптимальные соотношения в объемах сооружений в многоступенных схемах и другие технологические параметры.

Применение ультразвуковой обработки активного ила в процессах биологической очистки позволяет сократить до 33°' продолжительность процесса очистки.

Совместное действие ультразвука п хлорирования биологически очищенных сточных вод рыбоперерабатывающих предприятий существенно снижает расход хлора. Использование при этом реактора с комбинированным излучателем и генератора ультразвука типа УЗГ-2-4М позволяет обрабатывать значительное количество сточных вод: от 3 до 23 тыс.мЗ/сут при минимальном потреблении электроэнергии.

Предложена технологическая схема интенсивной биологической очистки сточных вод рыбоперерабатывающих предприятий, в соответствии с которой составлено техническое задание и выполнен проект опытно-промышленной установки производительностью 200 мЗ/сут.

На защиту выносятся :

- результаты экспериментальных исследований процесса биологической очистки сточных вод рыбообрабатывающего предприятия;

- оптимальные схемы биологической очистки указанных сточных вод для различных условий сброса, включая глубокую очистку от органических загрязнений и биогенных соединений;

- результаты исследований по интенсификации процессов биологической очистки и обеззараживания хлором с использованием ультразвука;

- технологическая схема установки глубокой биологической очистки с ультразвуковой интенсификацией процессов биохимического окисления и дезинфекции.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на совместном заседании лабораторий биологической очистки и очистных сооружений НИИ ВОДГЕО и на кафедре Технологии рыбных продуктов АГТУ.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 работы и подано две заявки на выдачу патента на изобретение.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 9 глав, списка литературы, включающего 180 источников, в том числе ! 3 иностранных, иллюстрирована 23 рисунками н 28 таблицами.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Материалом для диссертационной работы послужили результаты пятилетних исследований 1990-1995 гг., процессз биологической очистки и обеззараживания сточных вод Астраханского рыбокомбината в лабораторных условиях.

Микробиологический и гидробиологический анализы проводились по известным методикам /Родина, 1965; Романенко, Кузнецов. 1974; Киселев, 1976/.

Гидрохимические анализы сточной воды выполняли согласно Унифицированным методам анализа вод /1973/; руководствам Каца /1972/; Новикова и др. /1981/; Шишкиной /1974/.

Исследования процесса биологической очистки сточных вод проводили по методике, разработанной в НИИ ВОДГЕО на лабораторных моделях сооружений биологической очистки. Эффективность процесса биологической очистки контролировали по изменению в исходной и очищенной воде следующих показателей: БПК, ХПК, азот аммонийный, азот нитратов, азот нитритов, фосфаты, растворенный кислород, хлориды, сухой остаток.

pH, взвешенные вещества, доза активного ила, иловый индекс. Для этих анализов использовали также стандартные методики /Лурье, 1974/.

Для микробиологических исследований с целью выделения специфических микроорганизмов были использованы агары пша "голодных" /Романенко, Никифорова, 1971, 1974/на основе сточных вод Астраханского рыбокомбината.

Видовую идентификацию выделенных микроорганизмов проводили по краткому определителю бактерий Берги /1980/, по определителям акти-номицетов Гзузе с соавторами /1983/, справочным пособиям Скворцовой /1984/, Егоровой /1986/, Кеваль с соавторами /1989/.

Санитарные показатели определяли методами, изложенными в Методических указаниях по санитарно-микробиологическому анализу воды поверхностных водоемов /1981/.

Выводы о возможности сброса сточных вод в водоемы ошовывзлись на "Санитарных нормах и правилах N 4630-88 охраны поверхностных вод от загрязнения" МЗ СССР /1988/ и заключениях ЦГСЭН г.Астрахани.

Экологическую характеристику очищенных стоков производили в ко1гтрольио-аналитической лаборатории Каспийского бассейна города Астрахани. Определение содержания тяжелых металлов (олова, меди, цинка, свинца, кадмия, железа, ртути) проводили на атомно-абсорбционном спектрофотометре. Анализы на хлорорганические пестициды проводились согласно Методическим указаниям по определению микроколичеств пестицидов в продуктах питания, кормах и внешней среде /1981/.

Ультразвуковую обработку микроорганизмов активного ила с целью изучения ее влияния на физиологические свойства микрооргаппзмов проводили с помощью ультразвукового генератор^ УЗГ-2-4М в комплекте с маг-нигострикнионным преобразователем ПСМ-20, где режим обработки характеризовался интенсивностью 0.2-104- 1.4-104Вт/м2. а также с применением улыразвукового генератора УРСК-I, который позволял варьировав амплитуду колебаний в пределах 10-50 мкм.

При исследовании процесса биологической очистки сточной воды на лабораторной установке ультразвуковую обработку активного ила проводили с помощью ультразвукового генератора УРСК -1.

Очищенную сточную воду подвергали обеззараживанию с применением совместного действия хлора и ультразвука. Обеззараживание проводили с помощью генератора ультразвука УЗГ-2-4М и специального реактора с комбинированным излучателем.

Расчет констант и коэффициентов математических моделей элементов технологических схем (после обработки экспериментальных данных) проводили согласно методике экспериментальных исследований по биологической очистке сточных вод, разработанной в НИИ ВОДГЕО.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Биохимическое окисление загрязнений сточных вод рыбообрабатывающих предприятий в искусственно созданных условиях яйляется наиболее распространенным методом. Наибольший интерес представляет очистка этих сточных вод в аэротенках (биотенках).

Обширные исследования по биохимической очистке сточных вод предприятий рыбной промышленности проводились в ЛИСИ /Шифрин, Хо-снд, Песенсон, 1970/.

Одним из методов интенсификации биологических процессов очистки является разделение процесса на рад ступеней.

Известно, что скорость процесса биохимического окисления возрастает с увеличением концентрации субстрата и активного ила. В связи с этим при глубокой очистке концентрированных сточных вод для повышения производительности процесс целесообразно делить на ряд стадий. На I стадии осущесшляется очисгка сточных вод с поддержанием достаточно высоких концентраций субстрата, обеспечивающих высокую скорость биохимического окисления. На II стадии возможно более глубокое окисление оставшейся части органических веществ при меньших скоростях.

В результате на каждой ступени аэрогенков происходит развитие специфической микрофлоры за счет автоселекции микроорганизмов, наиболее приспособленных к данным условиям.

При инженерном оформлении процесса на I ступени применяют аэро-тенк-смеситель. на II - аэротенк-вытеснителъ.

В рзботах Скирдова /1976/ и Швецова /1989/ экспериментально доказана возможность использования закономерностей ферментативной кинетики применительно к сложным биохимическим процессам с активными ила-ми.

Фундаментальные закономерности кинетики ферментативных реакций являются весьма перспективным инструментом исследования и оптимизации процессов биологической очистки сточных вод.

Кроме органически." загрязнений сточные воды рыбоперерабатывающих предприятий содержат большое количество патогенных микроорганизмов, поэтому перед выпуском в водоем их необходимо обеззараживать.

Одним из возможных путей интенсификации процессов биологической очистки сточных вод является ультразвуковое воздействие на активный ил.

Биологическое действие ультразвука низких ннтенсцвностей обусловлено многими связанными между собой процессами, некоторые из них еще недостаточно исследованы. Однако, эффект ускорения роста микроорганизмов с помощью обработки низкочастотным ультразвуком используется для интенсификации физиологической деятельности микробов, например, дрожжей в тесте /Аксенова и др., 1923/.

Озвучивание активного ила с помощью гидродинамического излучателя звука при напоре жидкости 4-6 кгс/см2" позволяет увеличить окислительную мощность аэротенков по ХПК и аммонийному азоту в 2.2-3.2 раза /Бондарев . 1937/ при одновременном улучшении качества очищенной жидкости по различным формам азота, фосфата, взвешенным веществам.

Ультразвуковое воздействие вызывает микропотокн в клетке, повышение проницаемости клеточных мембран, н как следствие, изменение со-

сгава внутриклеточной среды, нарушение оптимальных условий для ферментативных процессов, подавление ферментативной реакции в клетке, синтез новых ферментов в клетке и т.д. /Акопян, 1982/.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

1. Характеристика производственных сточных вод Астраханского рыбокомбината.

Астраханский рыбокомбинат включает: консервный завод, производство кормовой муки, жемчужного пата, кулинарный цех, выпускающий жареную, печеную рыбу, рыбные колбасы, копченую и слабосоленую продукцию. На территории комбината находится также икорный завод.

Основными компонентами сточных вод Астраханского рыбокомбината являются азотсодержащие и минеральные вещества, жир, поступающие при мойке, разделке, дефростации сырья жиромучного производ-сгва: солевые растворы от отработанных тузлуков; щелочные растворы, сбрасываемые после мойки консервных банок и санитарной обработки оборудования, а также мелкие кусочки рыбы, слизь, чешуя, кровь. Из коптильных и консервных цехов, обжарочного отделения в общий сток, кроме вышеназванных веществ, сбрасываются растительные масла, томатный и другие соусы, остатки круп, овощей, пряности. В состав общего стока входят также фенолы и загрязнения бытовых и условно чистых сточных вод из автоклавного отделения и от охлаждения компрессоров.

Для сточных вод Астраханского рыбокомбината характерны высокие концентрации азотсодержащих веществ, жиров, находящихся в эмульгированном, растворенном и нерастворенном состоянии /габл.1/. Значительное содержание минеральных веществ (в частости, хлоридов) приближает сточные воды по ионному составу к рассолам.

Таблица I.

Состав сточных вод Астраханского рыбокомбината

Показатели Едлпме рения Стоки от цехов

кулинарного | консервного | жиромучного |общий сток

рН - 7-7.7 6.8-7 | 6.8-7 6.8-7

Температура °С 16-20 1 17-21 | 3.4-3.7 ; 20-21

бпк5 мг/л 1200-1260 1 1165-1200 1 1780-1800 | 1086-1121

бпкполн 11 1300-1350 | 1300-1308 | 2220-2250 | 1356.4-1376

хпк 11 1975-2000 1920-2000 | 3265-3290 1 2392-2433 ! '

Азот общий 33-36 31.1-34 | 217-224 . 65.2-68.2 1 !

Азот аммонийный и 13.8-14 30-31 ! 25.8-31 1 1 1 16.6-17.2

Фосфор ! 16.8-1" 8.9-9 72-72.7 23.9-25.4

Хлориды 2700-2720 743-744 ; 1248-1250 1 "42-1760

Сульфаты 11 64.8-66 15.4-16 , 22.9-24 г 22.5-23.2

Сероводород 10-11 6.8-8 , 24-30 8-9.8 1

Фенолы 0.03-0.04 1 0.11-0.12 | 0.73-0.74 I i 0.17-0.18

Взвешенные вещества 11 1100-1350 1200-1700 ! 2795-2800 | 1211-1280 |

Жиры 11 200-220 560-680 | 1900-1940 900-1000 | 1

2. Исследование технологических схем биологической очистки сточных вод рыбообрабатывающих предприятий

Учитывая возможное разнообразие в условиях сброса сточных вод рыбоперерабатывающих предприятий в водоемы или канализацию следовало изучить ряд технологических схем биологической очистки:

- одноступенную схему, которая может обеспечить неполную биологическую очистку перед сбросом сточных вод в городскую канализацию:

- двух- и трехстепенную схему - для полной и глубокой биологической очистки, что позволит удовлетворить требования к сбросу очищенных сточ-

ных вод в водоемы саннтарпо- бытового или рыбохозяйственного назначения.

Кроме того, сопоставление кинетических параметров различных схем позволит оценить влияние адаптации микроорганизмов активного ила к стадиям процесса биологической очистки, что представляет существенный научный интерес.

Исследования проводились в лабораторных условиях, на натуральной сточной воде рыбоперерабатывающего предприятия, прошедшей механическую очистку (отстаивание).

Экспериментальная установка состояла из моделей аэротенков с пневматической аэрацией объемом до 10 л и моделей илоотделителей в виде вертикальных отстойников. Установка снабжена насосами-дозаторами для

у

подачи воды и циркуляции ила. Из этих моделей компановались технологические схемы: одно-, двух - и трехступепной очистки.

Каждая ступень имелз свой илоотделитеяь, поэтому на всех ступенях, работавших в проточных условиях, формировался свой биоценоз активного ила, наиболее приспособленный к поступающим загрязнениям, что должно было интенсифицировать процесс биологической очистки.

Процесс очистки контролировали по БПКз исходной и очищенной воды, дозе ила, зольности ила, концентрации растворенного кислорода, вдовому индексу, а также по содержанию биогенных элементов: азоту общему, аммонийному, по ншратам, шпритам и фосфору.

Полученные в результате экспериментов данные позволили количественно оценить влияние диктующих факторов: дозы ила и адаптации активного ила в многоступенных схемах.

Данные о снижении бнк5 во времени для исследованных схем представлены графически на рис.1

Рис.1. Кинетшсз снижения бпк5 сточных вод.

I - на I ступени:

1. а, = 0.4- 0.8 г/л; 2 - а! = 1.6 - 2.05г/л; 3 - ai = 4.8 - 5.2 г/л;

II - на II ступени:

4 - 32 = 0.6 - 0.8 г/л; 5 - а2 = 1.6 - 2.5 г/л; 6 - а2 = 4.6 - 4.8 г/л;

III - на III ступени: 7 - а?= 0.5 - 0.6 г/л;

8 - аз = 1.5-1.7г/л; 9 - а3 = 4.5 - 4.7 г/л.

Кинетика биохимическою окисления рзстворенных органических загрязнений в ходе биологической очистки наиболее достоверно и информативно описывается уравнениями ферментативных реакций. В условиях отсутствия лимитирования процесса кислородом, основное кинетическое уравнение имеет вид:

Р L

гт «х

Р (Kt + LJ-il+p-a) где р - удельная скорость окисления в мг БПК /г-ч;

О)

Prv. - максимальная удельная скорость окисления в мг БПК /г-ч; La- концентрация загрязнений в аэротеике в мг БПК/л; Ki- константа полунасыщения в мг БПК/л;

<р- коэффициент ингибирования продуктами метаболизма ила в л/г; а- доза ила в аэротенке в г/л.

Графоаналитическим методом(с помощью графиков двойных обратных величин — = /(—) и графиков — = /(а)) определены константы урав-Р L„ Р

нения /1/для всех трех ступеней биологической очистки.

Анализ изменения значений этих констант указывает на тенденцию снижения константы kl при разбиении процесса на стадии /ступени/, что обусловлено адаптацией нла. Но при этом наблюдается возрастание величины коэффициента ингибирования, что снижает эффективность увеличения дозы ила в аэротенке.

Кинетическое уравнение (1) дало возможность оптимизировать много-ступенные схемы, то есть обоснованно назначить дозы ила и выявить рациональные соотношения между периодами аэрации в каждой ступени. Период аэрации определяли по формуле /48/ СНиП 2.04.03-85.

Len - Lex

la =-

a(\-Z)-p (2)

где Та - период аэрации в аэротенке-смесителе в часах; Lea и Lex- БПК исходной и очищенной воды в мг/л; а - доза ила в аэротенке в г/л; Z - зольность ила. В данном случае Z = 0.1; р- удельиая скорость окисления, определяемая по уравнению /1 /. После ряда последовательных приближений по уравнениям /II и /2/ определены оптимальные соотношения между периодами аэрации в двух-ступснной и трехступеппой схемах, которые соответствуют минимальному значению общего периода аэрации Т» = Т»! + Т^

или Т4 = TV, + Т^ + Tis (3)

где Та.; Таг и Tu - периоды аэрации на I, II. и III ступенях.

Зависимость величины общего периода аэрации от БПК после I и II ступеней аэрации приведены на графиках рис.2 и 3. откуда следует, что оптимальные значения для двухступенной схемы Т11 = 6.33 г;

Тг2 = 10.45 г; для трехступенной схемы Та: = 4.8 г: То = 3.75 г.

¿ь 30 25 20

Г

15 10

5 0

\

\

\

>

\

\ s у

\ у у

\ У У

к, у у

А А

А i i

Y |

Та1 Та2

Та=Та1+Та2

50 100 150 200 250 300 350 400 Lex1, мг/л

Рис.2. Зависимость T»i, Т^ и Т* от L«i, для двухступенной схемы. 12

10

ЗГ ß 6

0

t

\ . 1 i ____

V \ -"Л

\| i 1

\ i

\ S- i i

t> i '

. • 1

: 1 1

-i— —i— 1 1 i ' t i

Та2 ТаЗ

Та=Та2+ТаЗ

О 20 40 60 80 100 120 140 160 Lex2, мг/л

Рис.З. Зависимость Tai, Т*з 11L от 1^2, для трсхсгуценной схемы.

Технологические параметры оптимальных режимов биологической очистки приведены в табл.2.

Таблица 2

Параметры оптимальных режимов биологической очистки

Схемы очистки

Параметры ступеней очистки двухступенн трехступенн

ая ая

¡ступень Период аэрации ДЧьЧ 6.33 3.28

БПК очищенной воды , L.,, мг/л 200 300

Доза ила, ai, г/л 4 4

Вынос ¡Lia, a-i, мг/л

Время отстаивания, Toi, ч 0.5 0.5

Общее время пребывания 6.85 , 3.78

Т,=Та1+Т,!, ч

II ступень Период аэрации ,Т»2,ч 10.45 4.8

БПК очищенной воды, L«2, мг/л 15 75

Доза ила, а:, г/л 2.5 4

Вынос ила, атг, мг/л 15 40

Время отстаивания, Тог, ч 2.15 1.03

Общее время пребывания 19.45 9.61

T2=T^+Ti+To2, ч -

III ступень Период аэрации 3.75

БПК очищенной воды, Ьаз, мг/л 15

Доза ила, аз, г/л 1

Вынос ила, атз, мг/л 15

Время отстаивания, Тог, ч 1.59

Общее время пребывания 14.95

Тз=Т:+Т^+Т„з, ч

Следует отметить, что введение третьей ступени позвошшо существенно снизить общее время пребывания воды в сооружениях / с 19.45 до

14.95 ч , то есть в 1.3 раза/. Соответственно уменьшается и общий объем очистных сооружений.

При переходе от двух- к трехступенной схеме изменяются и технологические параметры: периоды аэрации на I и II ступенях сокращаются примерно в 2 раза за счет возможности повышенного выноса ила из илоот-делителя II ступени с 15 до 40 мг/л; существенно снизилось время пребывания в нем (с 2.15 до 1.03 ч), увеличилась доза ила з аэротенке II ступени с 2.5 до 4 г/л.

При трехступенной схеме очистки с повышенными дозами ила возрастает эффективность удаления биогенных элементов по сравнению с двух-ступенной схемой. Дополнительным преимуществом трехступенной схемы является снижение илового индекса, что улучшает условия отстаивания иловой смеси.

3. Исследование влияния ультразвуковой обработки на физиологические свойства микроорганизмов активного ила

Для выявления основных систематических групп микроорганизмов активного ила были проведены посевы проб сточной воды на РПБ, РПА, фосфорсодержащие (Менкина), серосодержащие (Бейерннка. Ван Нила, Тауссона, Бавондама), углеводные (Чапека, Гаузе. Эшби, Сабуро), минеральные (Виноградского, Гильтея, нитрит-агар, Федорова. Омелянского, Кузнецова, Романенко) среды.

Для определения видового состава родов этих микроорганизмов использовали морфологические, культуралыше и ферментативные свойства основных систематических групп.

С целью исследования влияния ультразвука на физиологические свойства микроорганизмов активного ила из выделенных микроорганизмов были выбраны следующие: плесень Aspergillus Niger, дрожжи Torulopsis sp., кокковые формы Streptococcus sp., бациллярные палочки Bacillus subtilis, неснорообразующие палочки, актиномицеты. а также микроводоросль Chlorella vulgaris.

Анализ влияния ультразвуковой обработки на состав биоценоза активного ила и физиологические свойства его отдельных представителей показал, что ультразвуковая обработка не влияет на состав биоценоза активного ила, но значительно интенсифицирует его физиологические свойства.

Максимальная интенсификация физиологических процессов в клетке микроводоросли Chlorella Vulgaris наблюдается при обработке ее ультразвуком с интенсивностью 0.6-104 Вт-м2 в течение 5 минут и лишь тогда, когда после ультразвуковой обработки погибает 10-15% клеток.

При воздействии на плесень Aspergillus Niger ультразвука Л = 1.4-104 Вт/м2 / в течение 5 минут происходит активизация физиологических функций, что повышает скорость наращивания биомассы плесени и снижает ОМЧ сточной воды в результате увеличения кислотности среды.

Анализ динамики роста дрожжевых клеток при ультразвуковой обработке показал, что максимальный рост дрожжевых клеток наблюдается при интенсивности ультразвука 0.6-104 Вг/м: в течение 4-6 минут.

Количество жизнеспособных клеток кокковых микроорганизмов, бациллярных палочек, неспорообразующих палочек Г- и актшюмицетов при высеве их на РПА в чашки Петри после ультразвуковой обработки в диапазоне ультразвука от 0.2-10г до Ы04 Вт/м2 увеличивается соответственно в 3.9; 2.8; 2.1; 2.3 раза.

4. Интенсификация процесса биологической очистки сточных вод рыбообрабатывающих предприятий с использованием ультразвука

Влияние ультразвуковой обработки ила первоначально было исследовано применительно к одноступенной схеме биологической очистки сточных вод.

Эксперименты с ультразвуком проводили параллельно с опытами, описанными в п. 2 на той же лабораторной установке. В отличии от стандартного режима на линии возврата активного ила из отстойника в аэротенк была установлена проточная емкость для периодической обработки активною ила улыразвуком. Озвучивание велось периодически с помощью

ультразвукового генератора УРСК-1 с ампшпудой колебания излучателя 10-50 мкм.

Анализ полученных результатов показал, что ультразвуковая обработка активного ила не способствует повышению эффективности очистки сточных вод по БПКз, но сокращает продолжительность процесса очистки сточной воды на 17-33%.

Графоаналитическим методом были определены константы уравнений ферментативных реакций для процесса биологической очистки сточных вод с ультразвуковой обработкой ила.

Сравнение констант уравнений ферментативных реакций для процесса биологической очистки сточных вод рыбообрабзгывающих предприятий в различных режимах (с ультразвуковой обработкой активного ила и без нее) показало ( тзбл.З.) , что при ультразвуковой обработке возрасла величина константы рга, снизился Кь но увеличился коэффициент что указывает на существенную интенсификацию процесса, увеличение биохимической активности микроорганизмов. Но при этом снижалось влияние концентрации субстрата и дозы активного ила.

Таблица 3.

| Режим биологической Константы

| очистки ! 1 <Р |

| Стандартный 71.430 | 55.600 I ; ■ 0.127

1С ультразвуковой об- 166.700 ) 6.760 | 0.526

| - „ 1 раооткон ила ! '

С целью эффективного удаления из сточных вод биогенных элементов и максимального снижения БПК и взвешенных веществ выполнены исслело-вания многоступенной схемы биологической очистки сточных вод на лабораторной установке, где технологический процесс состоял из ряда взаимосвязанных стадий - дешпрификации, нитрификации, вторичною отстаивания. биологической очистки, третичного отстаивания, доочисткн и ультразвуковой обработки активного ила.

Эффективность очистки оценивали по изменению бпк5, общего азота, аммонийного азота, азота нитритов, азота нитратов и фосфзтов.

Анализ экспериментальных данных показал, что многоступенная схема позволила достичь глубокой очистки сточных вод от органических веществ и биогенных элементов.

В результате сравнения значений лимитирующих показателей очищенной сточной воды с их предельно-допустимыми концентрациями, было отмечено, что сток, обработанный по предлагаемой схеме практически соответствует ПДК (табл.4. ) и может сбрасываться в открытые водоемы.

Таблица 4.

Сравнение показателей очищенной сточной воды с предельно-

допустимыми концентрациями

Показатели, мг/л ПДК в водоемах Содержание в очищенной сточной воде

санитарно-оытового пользования рыоохозяиствен-ного значения

БПК5 3 6 4-12

Общий азот - 12-25

Аммонийный азот (К - КНд) 0,5 0,5 0,5-1

Азот нитритов (N-n0:) 0,08 0,08 0,02-0,1

Азот нитратов (n-n03) 40 40 10-16

Фосфаты (Р-р2о5) ■> 1-3

Результаты исследований послужили основой при разработке рекомендации по проектированию опытно-промышленной установки для очистки сточных вод рыбоперерабатывающих предприятий.

5. Повышение эффективности обеззараживания и очистки

сточных вод с применением ультразвука.

При изучении эффективности обеззараживания комбинированным воздействием хлорирования с обработкой воды ультразвуком задача заключалась в определении оптимального режима.

Для оценки эффективности обеззараживания определяли общее микробное число сточной воды после обеззараживания и после 10-дневной выдержки.

Эффективное обеззараживание хлорированием сточной воды Астраханского рыбокомбината после биологической очистки возможно только при дозе активного хлора 5.5 мг/л (табл.5.). После 10-дневной выдержки общее микробное число сточной воды увеличилось в среднем в 1.5 раза. При использовании комбинированного воздействия ультразвука н активного хлора необходимую дозу последнего можно снизить до 0.2 мг/л. Общее микробное число составляло при этом 0-40 кл/мл, тогда как предельно-допустимое значение для воды водоемов составляет 100 кл/мл. После 10-дневной выдержки эти показатели практически не изменились. При этом необходимая интенсивность ультразвука составляла 1.2-104 Вт/м2.

Таблица 5.

Значения общего микробного числа (кл/мл) сточной воды Астраханско-

го рыбокомбината после обеззараживания

Концентра- | Стандартный способ Предлагаемый способ

ция актив- | (без ультразвука) (с ультразвуком)

ного хлора, • После обезза- После 10- После обезза-. После 10-

мг/л 1раживания дневной вы- рзживания „ дневной вы-

держки 1 держки

5.5 ; юо 150 <10 <7

5.0 | 120 130 <10 <7

4.5 1 150 140 <10 <7

4.0 280 200 <10 <7

3.5 370 990 <10 <7

3.0 420 1200 <10 I <7

2.5 510 1540 <10 г <7 »

2.0 590 1630 <10 ; <7

1.5 ¡ 6200 t 7300 10 i 7

1.0 10000 14000 21 | 12

0.5 >10000 >14000 30 | 6

0.2 >10000 >14000 40 | 4 1

6. Принципиальная схема опытно-промышленной установки На основании экспериментальных данных, полученных на реальных сточных водах рыбообрабатывающего предприятия, а также расчетов и анализа литературных источников разработана технологическая схема опытно-промышленной установки, которая рассчитана на глубокую биологическую очистку 200 м}/сут с доведением бпк5 на выходе 4 мг/л, и составлено техническое задание на проектирование такой установки.По заказу Администрации Астраханской области выполнен проект установки.

Установка представляет комбинированное сооружение, размещенное в металлической емкости (рис.4.) с размерами в плане 6x18.7 м, с рабочей глубиной 3 м и состоит из: реактора с перемешиванием, аэротенка-отстойника смесителя с отдельной регенерацией ила на I ступени очистки, аэротенка-отстойника вытеснителя 4-х секционного на II ступени очистки, ультразвуковых контуров, 2-х секционного биореактора для доочистки и контактного резервуара.

у-л 2 2 д Разрез пуА-Б 1

Сечение по 1-1

(¡.100

Рис. 4. Схема устаноисн.

I. дозирующий бах на и сходной »оде; 2 • неаэрвруемый реактор с перемешиванием; 3 - регенератор I ступени аэротенха; 4 - аэротешс I ступени; 5 - отстойник I ступени чр»™«: 4 - лоток ид II ступени аэротенка; 7,8,9,10 . секции П ступени азротеика; 11 - отстойник П сгупеии афотскка; 12 и 11 - эрлифты шфкушшношюю ила; 14 в 15 - ультразвуковые контуры; 16 - лоток дай воды ва доочистху; 17 - бнореахтор с сетками I ступени; 18 . бнореактор с сетами П ступени; 19 - контактный резервуар хлорированной »оды; 20 - сжатый »оздух; 21 • сброс избыточного щи ю I ступени аэротенка; 22 - сброс про ныв пых »од иэ биореакторов; 23 - выпуск осадка из контактного резервуара; 24 - измерительные бачки с водосливами; 25 - подача хлорной »оды.

7.Санитарная и экологическая характеристика очищенных стоков.

Экологическая оценка очищенных стоков выполнена на основании определения содержания хлорорганических пестицидов и тяжелых металлов в сточной воде.

Анализ экспериментальных данных и сравнение их с допустимым содержанием показал, что количество хлорорганических пестицидов в очищенных стоках минимально, а содержание тяжелых металлов в основном находится в пределзх нормы и лишь содержание железа несколько превышает ее.

Санитарно-микробиологический анализ исходных сточных вод показал, чю они характеризуются как сильно захрязненные. Коли-индекс сточной воды составляет в среднем 22-Ю-1 БГКПЛл, тогда как допустимое значение не превышает 1000 кл/1 л.

Общее микробное число сточной воды составляет 112-104 кл/1 мл, что значительно превышает предельно-допустимое значение для воды водоемов, составляющее 100 кл/мл.

Сточные воды после полной биологической очистки (до БПКПолн= 15 мг/л) по санитарно-микробиологическим показателям еще не соответствуют нормативам и нуждаются в дополнительной очистке и обеззараживании. Стоки, прошедшие доочистку и обеззараживание, согласно разрешению Астраханского центра санэпиднадзора могут сбрасываться в открытый водоем.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В результате анализа информации и данных собственных исследований установлено, что специфическими органическими компонентами сточных вод рыбообрабатывающих предприятий являются азотистые вещества и липиды, содержание которых составляет соответственно 68 м1/л и 1000 мг/л.

2. Анализ тенденций развития способов биологической очистки сточных вод рыбообрабатывающих предприятий показал, что на современном этапе перспективно совершенствование анаэробно-аэробных схем, а также использование физических методов воздействия на активнъот ил с целью интенсификации процесса очистки и обеззараживания.

3. Экспериментально и оппштапиоввыми расчетами доказаны преимущества многоступенных схем. Для очистки концентрированных сточных вод рыбоперерабатывающих предприятий рациональна трех-ступенная схема с илоотделителями на каждой ступени. Ее применение позволяет на 30% сократить объемы сооружений по сравнению с двух-ступенной.

4. Подтверждено, что процесс биологической очистки концентрированных сточных вод рыбоперерабатывающих предприятий описывается модифицированными уравнениями ферментативных реакций. Использование этих уравнений позволяет оптимизировать процесс и выбрать оптимальные соотношения в объемах сооружений многоступенных схем и другие технологические параметры.

5. Ультразвуковая обработка активного ила и исследование влияния ультразвука на физиологические свойства его отдельных представителей показали, что воздействие ультразвука низкой интенсивности (0.6-104 Вт/м-) и частоты 18-22 кГц интенсифицирует физиологические свойства микроорганизмов, ускоряя тем самым процесс очистки сточных вод. Оптимален периодический режим ультразвуковой обработки (по 5 мин в час), который позволяет сократить продолжительность процесса очиспсп на 33%.

6. Экспериментально доказано, что совместное дейсгвие улыра-звуковой обработки (интенсивность ультразвука 1.2104 Вт/м:, часюта 18-22 кГц, продолжительность обработки сточной воды 10 секунд ) и хлорирования (доза активного хлора 0.2 мг/л) биологически очищенных сточных вод рыбоперерабатывающих предприятий значительно по-

вышает эффективность дезинфекции и существенно снижает расход хлора.

Использование генератора ультразвука типа УЗГ-2-4М и специального реактора с комбинированным ихтучателем позволяет обрабатывать значительные количества сточных вод: от 3 до 23 тыс.м5/сут при минимальном потреблении электроэнергии.

7. Предложенная технологическая схема интенсивной биологической очистки сточных вод рыбоперерабатывающих предприятий, которая включает ступени денитрификащш, нитрификации, доочистки и дезинфекции с применением ультразвуковой обработки ила и воды, обеспечивает глубокую биологическую очистку и эффективное удаление из сточных вод биогенных элементов. В соответствии с этой схемой составлено техническое задание и выполнен проект опытно-промышленной установки производительностью 200 м3/сут для биологической очистки сточных вод рыбообрабатывающих предприятии.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1. Долганова Н.В., Кряхтунова В.Н., Корниенко Г.А. Способ обеззараживания воды. Заявка на выдачу патента на изобретение N5030451 от 3 марта 1992 г.

2. Долганова Н.В., Карицкая С.Н., Кряхтунова В.Н., Любовощина Т.Ю. Ultrasonic stimulation of Clorella population growth. Сборник трудов сельскохозяйственной академии г.Щецина. Польша VolXXIV, Fase. 2. 1994г.

3. Dolganova N., Krechtunova V., Akopyan V., Radziszewski E., Nongaillard B. Stimulation ultrasonore de la croissance et dudeveloppraent des microalgues Chlorella Vulgaris. Сборник трудов биофизического института Сорбонского университета Universite de Valenciennes (France), апрель 1994 г.

4. Dolganova N.. Krechtunova V.. Akopyan V., Radziszewski E., Nongaillard B. Stimulation ultrasonore de moisissure Aspergillus niger pour