автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Интенсификация биологической очистки сточных вод с применением гетерогенных металлокомплексных катализаторов

На правах рукописи

РГ5 ОД 2 О НОЯ 7ЛПП

КОВАЛЕНКО Е1АГАЛЬЯ АЛЕКСАНДРОВНА

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ БИОЛОШЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД С ПРИМЕНЕНИЕМ ГЕТЕРОГЕННЫХ МЕТАЛЛОКОМШЕКСНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ

Специальность: 05.23.04 - Водоснабжение и канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации па соисканне ученой степени кандидата технических наук

ИРКУТСК 2000

Работа выполнена в Иркутском государственном техническом университете федре промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности

Научный руководитель:

Научный консультант: Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Тимофеева С. С.

Кандидат технических наук, КочетковаР. П.

Доктор химических наук, профессор Медведева С. А.

Кандидат технических наук, доцент Баймашев Ю. Н.

Ведущее предприятие: ОАО «Ангарская

нефтехимическая компания»

Защита состоится « 14 » июля 2000 г. в 9 часов ва заседании диссертацио совета К 063.71.04. Иркутского государственного технического университета по а, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, аудит. Г 121.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИрГТУ

« '^г '/ шОпд .-.'О'С' Г.

Ученый секретарь диссергацдогагого совета, кандидат технических наук, доцент

Л. И. Кажа

НШ.20Ч.Ш }0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Среди ресурсных и экологических проблем, порожденных развитием хозяйственной деятельности человека, одной аз наиболее сложных и трудноразрешимых, стала проблема сохранения водных и наземных экосистем.

Повсеместно на планете отмечается качественное истощение водных ресурсов, и половина населения земного шара уже лишена возможности потреблять чистую воду. Сейчас в водоемы планеты сбрасывается около 1800 км3 в год неочищенных сточных: вод.

В России в последние годы, наряду с уменьшением абсолютного количества сбросов загрязненной воды, примерно в 2,8 раза (доя Восточной Сибири - в 2 раза), начиная с середины 80-х годов, существует также и тенденция уменьшения степени очистки сбрасываемых вод. Так в Восточной Сибири до нормы очищается всего 2,9%, в СевероЗападном регионе лишь 0,1% сбрасываемых вод.

Это можно объяснить не только ужесточением нормативов качества воды, но и тем, что наряду со всеобщим падением производства в нем значительно (~ в 2 раза) увеличилась доля экологически вредного.

Восточная Сибирь дает 12% общероссийских сточных вод и наряду с СевероКавказским, Уральским, Северо-Западным, Центральным и Поволжским районами находится в списке самых неблагоприятных п экологическом отношении регионов. При этом, содержание таких соединений, как азот, фосфор, фенолы, нефтепродукты и др. в поверхностных водоемах в несколько раз превышает нормы ПДК.

В этих условиях естественные биологические процессы, которые протекают в водоемах, уже не обеспечивают самоочищения, происходит нарушение экологического равновесия.

Важнейшей задачей охраны окружающей среды является защита водоемов от эв-трофикации, возникающей в результате поступления в них повышенных количеств биогенных элементов и, прежде всего азота. Эвтрофикация вызывает массовое развитие планктонных водорослей, приводящее к существенному ухудшению качества воды, появлению привкусов н запахов, нарушению кислородного баланса и экологической обстановки водоемов и т.п. Наличие соединений азота в оборотной воде приводит к образованию биологических обрастаний в технологических аппаратах и коммуникациях, осложняет эксплуатацию оборудования. В результате возникают дополнительные трудности при очистке воды для хозяйственно-питьевых целен и некоторых видов производственного водоснабжения.

Таким образом, необходимость защиты водоемов от антропогенного эвтрофирова-ния и создание благоприятных условий для внедрения аа предприятиях замкнутого водопользования путем предотвращения и устранения биологических помех и предопределяют актуальность очистки сточных вод от соединени й азота.

Состояние проблемы

Биологическая очистка сточных вод от соединений азота является одним из наиболее дешевых, широко применяемых способов очистки в вашей стране и за рубежом. Несмотря на уникальность указанного метода, он имеет ряд недостатков: низкую скорость разрушения биорезистентиых веществ и высокую чувствительность гидробиоитов активного ила к токсичным ксенобиотикам.

Применяемые в нашей стране технические решения для биологической очистки сточных вод не обеспечивают эффективного удаления соединений азота до требований предельно допустимых концентраций (ПДК) для сброса в водоем.

Для обеспечения установленных норм в очищенной воде необходимо использование метода их глубокого удаления, что требует материальных затрат на один-два порядка выше, чем при строительстве обычных сооружений.

Биологические методы очистки хорошо изучены, однако возможности их интенсификации, как конструктивные, так и технологические, далеко не исчерпаны.

Остро стоит задача включения в существующую последовательность операций биологической очистки таких процессов, которые в первую очередь действуют на компоненты, пяохо разрушаемые активным илом в обычных условиях.

Цель работы

Повысить эффективность биологической очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от соединений азота путем использования полифункциональных гетерогенных металлокомплексных катализаторов - синтетических аналогов окислительно-восстановительных энзимов.

Для достижения поставленной целя необходимо было решить следующие задачи:

- провести детачьный анализ эффективности существующих схем, технологий и конструктивных решений в очистке сточных вод от соединений азота;

- разработать гетерогенные катализаторы для процессов окисления, нитри-денитрификации;

- изучить основные закономерности, механизмы процессов и оценить токсичность сточных вод и активность ила в биокаталитаческой нитри-денитрификации;

- определить основные технологические параметры биокаталитической установки нитри-денитрификации;

- разработать и внедрить комплексную технологическую схему биокаталитической нитри-денитрификации в азротекках коридорного типа и провести технико-экономическую оценку биокаталитической технологии.

Работа выполнена по договорам с радом промышленных предприятий.

Результаты включены в отчеты по хоздоговору с ОАО АНХК № 1505/93-97, по Лицензионному договору № 6678/98 с МП ИПУВКХ, по договору № БНТ/У/3-1/3/689/ОО/ООС с ОАО «Уфанефтехим».

Методы исследования

В работе для решения конкретных задач использовали современные физико-химические, химические методы исследования, фотоколориметрию, ИК-,УФ-спектросхопию, потенциометрию, микробиологические и биохимические методы исследования, стандартные методики определения качества сточных вод, методы планирования эксперимента, статистические методы обработки результатов на ПЭВМ.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующему

- получили дальнейшее развитие научные основы интенсификации процессов очистки сточных вод от азотных соединений путем использования гетерогенных металлокомплексных катализаторов;

- впервые осуществлен синтез синтетических энзимов - аналогов оксидоредуктаз путем координационного связывания каталитически активных комплексных соединений с функциональными группами полимерного носителя и доказана возможность использования их для повышения эффективности процессов нитри-денктрвфикации

- установлено, что применение гетерогенного металлокомплексного катализатора при биологической очистке за счет повышения концентраций молекулярного и активированного кислорода позволяет одновременно проводить процессы окисления и петрификации при снижении энергозатрат с использованием типовых биосооружений как среды проведения бкокатализа.

- доказан валентно-энергетический механизм протекания окислитсльно-воестановительных процессов в биокаталитической системе. Показано, что катализаторы способны обратимо связывать Ог с помощью координированных ионов переходных металлов. Координация молекул О: сопровождается переносом электронной плотности с центрального иона металла катализатора па Ог, что приводит к образованию частиц О", Ог" , Ог2 . Использование раздолигандных комплексов переходных металлов позволяет регулировать силу поля катализаторов, окислительно-восстановительный потенциал системы.

- предложены оригинальные решения реконструкции двухкоридорных азротенко» с установкой в них каркасных модулей с катализаторами. Особенностью конструкции является использование якорных устройств, позволяющих удерживать модули с катализатором и обеспечивать его нахождение во взвешенном состоянии при интенсивной аэрации.

- разработана технологическая схема и определены основные технологические параметры биокаталитического процесса. Разработанный способ защищен 2-мя патентами на изобретение № 2053840, № 2097338.

Практическая зпачпмость

Предложена технология интенсификации шпри-денитрификации сточных вод за счет каталитического действия гетерогенных металлокомплексных катализаторов.

Разработана технологическая схема очистки сточных вод и конструкции модулей для катализаторов для очистных сооружений ОАО АНХК, проведены промышленные испытания и технология внедрена яа II очереди БОС-1 ОАО АНХК.

Экономический эффект от внедрения составил 1280 или. рублей.

Положения, выносимые на защиту:

- Результаты разработки технологии синтеза гетерогенных металлокомплексных катализаторов для биологической очистки сточных вод

- Результаты экспериментальных исследований по изучению механизмов процессов, протекающих при биокаталитической очистке сточных вод.

- Основные технологические параметры биокатачитической установки.

- Конструкция биокаталитической установки и технологическая схема очистки.

Апробация работы,

Материалы диссертационной работы докладывали и обсуждали на международных симпозиумах, конгрессах, региональных научно-технических конференциях - международный конгресс «Вода:Экология и технология»; Москва-94; Мюнхен-94; «ТЕРРАТЭК», Лейнциг-95; Иркутск-96; «Экватэк», Москва-98; Красноярск-98; «Чистая вода», г.Екатеринбург-99, «Экватэк», Москва-2000.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, в том числе 2 патента па изобретение: № 2053840, № 2097338.

Структура и объем работы.

Диссертационная работы изложена на 132 страницах машинописного текста и состоит из введения, 5 глав, списка литературы из 138 наименований, приложений на И страницах, 54 рисунков, 33 таблиц.

Содержание работы

По введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель и задачи исследований, а также основные положения диссертации, вынесенные на зашиту.

В первой главе представлен анализ современного состояпия проблемы глубокого окисления органических и азотсодержащих соединений сточных вод. Показано, «по биологическая очистка сточных вод, осуществляемая в традиционных аэротенках, является в настоящее время наиболее распространенным методом. Дан анализ существующих схем биологического удаления азота. Рассмотрены их преимущества н недостатки. Основные недостатки биосооружений: большинство существующих схем не обеспечивают выполнение норм ПДК, невысокая окислительная мощность аэротекков, неполное использование илового запаса в системе - большая масса активного ила практически не участвует в процессе очистки, значительные площади застройки и протяженность коммуникаций, недостаточно интенсивный массообмен и низкая эффективность использования кислорода снижают качество очистки.

Показано, что возможности метода биологической очистки еще далеко не полно стыо исчерпаны и необходим новый подход в направлении шггснскфикацик бкологиче ской нитри-денитрифнкации. Этот подход предусматривает: повышение окислительно« потенциала биосистемы при снижении энергозатрат на аэрацию, уменьшение дозы актив ного ила в сооружении, создание на базе аэротепков-окислителей биокагалитических ус тановок шпри-денитрифихации.

Во второй главе сформулированы теоретические предпосылки к созданию техно логии биокаталитической очистки сточных вод. Показано, что одним из важнейших факторов, оказывающих влияние на эффективность биологической очистки, является обеспеченность микроорганизмов активного ила кислородом. Однако, увеличение массообмена повышение концентрации растворенного Ог с помощью различных инженерных решений приводит не только к дополнительным энергозатратам, но и к существенному увеличении концентрации активного ила в сооружении до (8-12 г/дм3), что создает значительны« трудности с его дальнейшей утилизацией.

Нами реализована идея повышения концентрации кислорода в сооружении за счат использования гетерогенных метаялокомплексных катализаторов.

Представлен способ синтеза гетерогенных металдокомплекскых катализаторов (ГМК) на полимерной основе и методика исследования их активности на лабораторной и опытно-промышленной установке в процессе биокаталитической нитри-дешпрификации.

Объектом исследований явились промышленные и хозяйственно-бытовые сточные воды ОАО АНХК, содержащие загрязнения по ХПК до 200 мгО/дм3, БПК„0Л„. до ЮО мг/да3, нефтепродуктам до 25 мг/дм , азоту аммонийному - 30 мг/дм3, летучим фенолам -15 мг/дм3, СПАВ - 10 мг/дм3, метанолу - 25 мг/дм3, сероводороду до 5 мг/дм3 и др.

Третья глава посвящена исследованию закономерностей процесса биокаталитической нитри-деиитрификации. Синтез гетерогенных металлокомплексных катализаторов для процесса биокаталитической очистки сточных вод осуществлен путем координационного связывания каталитически активных металлокомплексов с функциональными группами полимерного носителя, играющими роль полимерного макролиганда.

При выборе носителя катализатора для процесса биокаталятичсской очистки учтены следующие требования: носитель должен обеспечивать нерастворимость активного компонента и предотвращать ею переход в реакционную зону в условиях каталитического процесса, должен быть гидролитически и химически стабилен, механически прочным и обладать гидрофобной поверхностью.

В качестве комплсксообразующего агента в металлокомплексе (МК) бьш выбран низкомолекулярный полимер (НП). Закрепление МК па полиэтилене позволяет не только замедлить процессы их необратимого окисления, но и сохранить возможность диффузии кислорода к закрепленному комплексу, который расположен на поверхности непористой частицы носителя.

Близкими к природным переносчикам кислорода оказались комплексы металлов первого переходного ряда: Мп (II); Ре (II); Со (И); № (II): Си (I). Оян способны обратимо оксигенироваться в водных растворах, имеют состав внутренней координационной сферы, аналогичный природным активным центрам. Координация молекулы кислорода во внутренней сфере иона металла оксигспировашшго комплекса, сопровождается переносом электронной плотности с центрального иона металла на 02, что приводит к внутримолекулярной окислительно-восстановительной реахции, в результате координированная частица О2 приобретает свойства супероксид- (Оа) или пероксид- (Ог2") иона.

Для процесса биокаталитической очистки сточных вод были разработаны два типа гетерогенных катализатора: полифункционаяьный катализатор док проведения процессов окисления органических веществ и нитрификации и селективный катализатор по восстановлению нитратов и нитритов.

Поскольку компонентный состав и условия приготовления катализаторов влияют на их фазовый состав, структуру и активность, была приготовлена серия катализаторов в

б

состав которых входили: СиО, СгОз, N¡0, МоО, МпСЬ, Ре20з и лр- При этом, при синтезе катализаторов учитывалось, что один из ионов металлов активной основы должен обеспечивать активацию адсорбированного субстрата, другой служить поставщиком разных форм активированного кислорода (О', 02", 022~), третий нести ответственность за переносы электронов или реокисленис катализатора кислородом из газовой фазы. Кооперативное взаимодействие большого числа различных превращений обеспечивается наличием концентрированных активных участков поверхности.

В аэротенках очистных сооружений ОАО АНХК концентрация растворенного кислорода составляет 1,5-2,5 мг/дм3 (степень аэрации - 25-30 при этом микробиаль-ные клетки потребляют кислород быстрее, чем он может бьпъ доставлен диффузией, и в результате не полностью используется микробиальиая активность ила. Основная доля растворенного кислорода расходуется иа первоочередное окисление органических соединений, поэтому процессы нитрификации в условиях дефицита кислорода протекают не глубоко.

Существующая промышленная схема биологической очистки на ОАО АНХК обеспечивает эффект очистки но ХПК до 60%, БГО^ до 65 %, фенолам 80 %. Удаление аммонийных соединений путем перевода их в кислородсодержащие азотные формы: нитраты и нитриты не превышает 70 % и не решает проблему полного извлечения азотпых соединений из очищаемой воды.

Введение образцов гетерогенных катализаторов (с различным содержанием СгОз, СиО, МпОг) в биологическую систему показало, что концентрация растворенного кислорода в воде в их присутствии возрастает и достигает 5,5 мг/дм3 с образцом КАТАН-З-А (рис.1)

Рмс, 1. Зависимость концентрации (жгс*>р«и<хс кяелором не родтчнън ображвх ютлтаторов.

Рис.2. Кннелпа шпркфихалккн

5,5

£ 5

I « h 4

5 i3-5

Г i 3

I 8-М

!¡ 2 I '-5

6 i 0,5

1

— 12 \

^l3

~7 1/ 1 ZTZ3 ¡i-i—

у'Т Kl

i 1/

9 IQ 11 e upauHio. шУам! .КпжЗ'А: Z.-N2CS, 3.-N 172: 4.-N IST, 5. - Бм «атядгоатирз.

2 3 4 5 6

Удел Wim» расход воздуха ш

! OJ I If 1

(Соиципрацн* «мыомгёного ш очищенной воде, мс№а.

Выбор КАТАН-З-А, как оптимального образца для процессов окисления-нитрификации подтверждают и данные по окислению азота аммонийного, ХПК, БПК5 (табл.1).

Оценка активности катализаторов в процессе биокаталитического окисления

Таблица 1.

Катализатор Эффективность окисления ингредиентов

ХПК, бпк5, N-NR», Фенолы, Нефтепро- спав,

% % % % дукты, % %

1. без катализатора 55-60 55-60 60-70 70-75 60 40-50

2. №151 70-73 65-70 70-80 80-85 80-82 50-60

3.№172 72-75 70-73 75-80 80-85 75-80 60-70

4. № 205 75-80 75-80 80-85 80-90 80-8S 65-70

5. КАТАН-З-А 87-90 80-85 97-99 85-90 85-90 75-80

Высокая удельная скорость нитрификации (рис. 2) достигается, очевидно, доиол нительной адсорбцией кислорода в координационной сфере ГМК, который поставляет 1 реакционный объем уже активированный активный кислород, обеспечивая окисление ио на аммония.

[Ш/.... ГМК .... 02"]

Процесс окисления субстрата осуществляется активированным кислородом в очем мягких условиях при одновременном восполнении кислородных вакансий в активированном комплексе за счет кислорода катализатора или при участии кислорода из газовой фазы.

Активные центры этого катализатора работают, согласно результатам ЭПР - спектроскопии, в процессах окисления как переносчики электронов с окисляемого субстрата (Я) на кислород.

S Мп+| М" О г,

причем лимитирует стадия окисления акгивного центра в координационной сфере ГМК молекулярным кислородом.

В результате молено предположить все возможные химические превращения в реакционной системе, например с участием акгивного иона меди:

(CuI!)2022'+ SH (Cu'^O2' + SOU (1)

Cuu022Xul' + 2o-+Cu2n + 202- (2)

Cu'02" Cu" + 022" (3)

Cu!1Of-> Cu1 + 02 (4)

В работе изучался вопрос возможного ингибироваиия биокаталитичсской нитрификации фенолами, характерньши загрязнениями сточных вод нефтехимических производств.

При биологической нитрификации только концентрация фенола не более 1,0 мг/дм3 не ингибирует процесс, хотя интенсивность образования нитритов меньше, чем в контроле. При увеличении концентрации фенола до 5 мг/дм3 интенсивность образования го:т-ритов при времени очистки за 4 чоса низка, (рис.3.)

Действие катализатора в окислительных процессах сводится не только к сорбции молекулярного кислорода, переводу его в активные формы, но и к активированию субстрата.

Продукты окислительной деструкции в инициированном процессе (с катализатором) не токсичны, так как процессы протекают значительно быстрее и глубже.

Таким образом, гетерогенный катализатор КАТАН-З-А обеспечивает совместно с активным илом синергический эффект окисления органических соединений, проведение

Врсм%час

1. Концентрация фенола - О (контрольная)

2. Концентрация фенола - 1,0 мг/дм'

3. Концентрация фенола - 3,0 мг/дм3

4. Концентрация фенола - 5 мг/дм3 5 Концентрация фенола - Ш «г/дм1

6. Концентрация фенола - 20 мг/дм'

7. Биологическая очистка, концентрация фенола -5 мг/дм1

процесса глубокой нитрификации и значительно снижает порог ингибирующих концентраций, таких соединений, как фенолы.

Высокая эффективность биокаталитической системы в процессах окисления-нитрификации соответствует в промышленных условиях времени пребывания сточной воды в одном коридоре аэротенка (4 часа) и позволяет использовать второй коридор сооружения для процесса полного удаления соединений азота из очищаемой воды в анаэробных условиях. Поэтому следующим этапом наших исследований явилась разработка высокоэффективной каталитической системы для процесса денитрифнкации.

Микроорганизмы - депнтрификаторы, относятся к факультативным аэробам, имеют двойной набор ферментов, катализирующих процессы обмена в отсутствии или при наличии кислорода.

Следовательно, проведение биокаталитической денитрификации исключает необходимость выращивания специальной микрофлоры для очистных сооружений.

Оптимальное уданевие нитратов на 80% и нитритов на 60% происходит в присутствии образца КАТАН-З-В, содержащего в своем составе, по данным рептгеноструктур-ного анализа Р-МпОг, СиО, РсзО<1, РегОз у - N¡0011. Основными продуктами процесса денитрификации является смесь газообразного азота нитратов и нитритов. Остаточные концентрации по N-N0^ составляют 4-5 мг/л, по N-N02 0,05 мг/дм3. Время обработки воды -4 часа. Для отдувки образовавшегося азота предусмотрен период постаэрации ~ 20 минут.

Влияние растворенного кислорода па процесс денитрификации сказывается при концентрации выше 0,7-0,8 мг/дм5.

Но определяющим фактором для процесса денитрификации является не столько концентрация кислорода, сколько значения окислительно-восстановительного потенциала среды (еН).

Использование разнолигандных комплексов переходных металлов позволяет достаточно тонко регулировать силу поля носителя катализатора, окислительно-восстановительный потенциал системы.

Таблица 2.

Оптимальные параметры биокаталитической нитри-денитрификации

Процесс Концентр ация активного ила, г/дмЗ рН сН, мВ гН2, В Возраст ила, сут Концентра ция каталнзато ра, кг/м3 Время, час

1. Нитрификация 1,0 - 7,5 385 28,2 10 суток 4,6 4

2. Дегаггрификация 1,0 7,0 45 14,5 7 суток 4,6 4

Как видно из таблицы 2 окислительно-восстаноштельный потенциал среды для процесса бнокаталитической нитрификации составлял 385 пзВ, для процесса биокаталитической денитрификации 35-45 шВ.

Использование энергии одной реакции для возбуждения другой представляет важнейший каталитический механизм в окислительно-восстановительных процессах. Этот механизм наблюдается на стадии денитрификации, где вновь создашгая каталитическая система - селективный катализатор и ферменты микроорганизмов, в анаэробных условиях, благодаря близости окислительно-восстановительного потенциала Ог и N0}", у которых наблюдается практически одинаковая цепь переноса электронов, проводит доокисление органических веществ при сопряженном восстановлении N-N03' и N-N02* с образованием газообразного азота. В данном процессе органические вещества являются донорами электронов.

Высокая эффективность процесса денитрификации достигается с использование образца КАТАН-З-В.

В процессе денитрификации в координационной сфере ГМК образуется комплек в котором ион металла, например ГМК-Ре, окисляется МОх и восстанавливается субстр. том (Я).

Р ... ГМК ... N0x1

2Реш + Н20 2Н" + 'Л02 + 2Ре"

Си,!0227еш+ 2е-> Си"... Ре1" )- 202"

Юр{] + 2Н+ + КОз" -> N2t + 6Н;0

Кинетика процесса биокаталитической очистки описана на основе предположен»: что его скорость равняется сумме скоростей каталитического и биологического процесс: Каталитические процессы нитри-денитрификации удовлетворительно описываются ка реакции первого порядка с константами скоростей процесса К„ = 0,19 час"1, Кд = 0,33 час" Биологический процесс нитрификации в исследуемой биокаталитической системе опись вается уравнением Михаэлиса, в основу которого положены зависимости кинетики фс! ментатквных реакций. По результатам исследований определены значения биохимич( ских констант для процесса биокаталитической очистки: Кт = 1,25 мг/дм3; Ат = 2,87 мг/дм3-ч.

По данным исследований токсичности вод, основанных на выживаемости дафний на гашении люминесценции светящихся бактерий, анализу видового разнообразия гидре бионтов активного ила установлено, что происходит снижение токсичности исходных во, в 2-10 раз и гетерогенный катализатор способствует лучшему сохранению биоценоза гл тивного ила даже в условиях залповых промышленных сбросов по сравнению с биологе ческой очисткой.

В четвертой главе приведены результаты по выбору оптимальных технологи1« ских параметров процесса биокаталитической очистки сточных вод в присутствии гетере генных катализаторов.

Из наиболее важных параметров представлялось определение необходимого коли чества катализатора и времени обработки сточных вод, так как эти параметры дают воз можность определиться с размерами аппарата.

Применение полйфупкционального гетерогенного катализатора на стадии нитри фикации и окисления органических веществ и селективного катализатора по восстановле нию N-N0/ и N-N02' позволяет проводить очистку сточных вод при концентрации кате

Глубина очистки сточных во, от органических загрязнений (по ос таточной ХПК) составила 6-1 мгО/дм3 при эффективности 85%, п< аммонийным соединениям 0,2-0, мг/дм3 при 98% эффективности пр; удельном расходе воздуха 7,5-8, м3/м3.

Для биокаталитической очи стки сточных вод указанная эффек тшшость достигается при продолжи тельности контакта 4 ч, вместо 8 для биологической очистки.

лизагора 4,6 кг/м очищаемой воды. (рис. 4)

Рис. 4. Зависимость степени очистки

(Э) сточных вод от концентрации катализатора (С): поN-N11,(1), по ХПК(2), поN-N0,(3), по N-N02 (4)

При увеличении времени процесса нитрификации более 4 ч, наблюдается снижение глубины процесса депитрифнкации из-за дефицита органических субстратов, достаточных как для восстановления N-N03'« N-N02", так и для восстановления окисленной поверхности катализатора.

Для определения оптимального возраста активного ила и времени обработки, при которых достигается максимальное удаление из сточных вод соединений азота были исследованы режимы при возрасте активного ила 5,7,10 суток.

При возрасте активного ила 5 сут. и концентрации аммонийного азота в поступающей сточной воде 20,0-40,0 мг/дм3 количество аммонийного азота в очящаемой воде составило 3,0-6,0 мг/дм5. Концентрация азота цитратов 14,0-30,0 мгУдм3. Эффект нитрификации при этом не превышал 85 %

С увеличением возраста ила при биологической очистке увеличивается глубина очистки, повышается степень аэробной стабилизации и снижается прирост ила, улучшаются его седимецтацношше и водоигдашщие свойства. При небольшом возрасте ила медленно растущие группы, потребляющие трудноусваиваемые соединения, вытесняются из реактора. При этом трудноразлагасмыс субстраты и продукты метаболизма проходят через сооружение транзитом, не разлагаясь. В результате эффект очистки снижается, увеличивается прирост ила. Однако, в условиях биокаталитической установки, при первоочередном окислении трудноразлагаемых соединений каталитическим путем появляется возможность управления условиями роста и развития микроорганизмов путем изменения возраста ила, что позволяет использовать этот фактор для практических целей.

Наиболее высокой удельной скорости процессов окисления - нитрификации соответствует возраст нла 10 суток. Но, судя по степени восстановления Ы-КОз (рис.5), оптимальным возрастом ила в биокаталитичесхой системе, является возраст ила - 7 суток.

Наличие органических веществ в зоне денитрификации (остаточная ХПК - 6-10 мгО/дм') при этом исключает голодание активного ила и не лимитирует каталитический окислительно-восстановительный процесс.

При биокаталитической очистке сточных вод не потребуется перекачивать большие объемы активного ила, так как достаточно глубоко идут процессы нитрнфикации-денитрификации, а также окисление органических веществ при концентрации активного ила 1,0-1,5 г/л, вместо 3,0-4,5 г/л при биологической очистке сточных вод (рис.6).

Рис. 5. Зависимость степени удаления нкгратов от гозрасга активного нла I ~ 7 суток; 2-10 суток; 3-5 суток.

Рис. & степей* узапения общего к

кондаггряшт аетотшого ила.

Э,% 100

I )

— 1 к —нтг—

7,

/у/

Ч/

_ —

Котлюрацм ахтакого кла, ыг/днЗ

1. бяокятатгщческий процесс

2. бнолоптчееккв процесс.

2 4 Б 8 10

Время, час

При эксплуатации биокаталитическок установки возможны значительные колебания температуры и рН среды, которые определяют активность катализатора и активного ила в процессах окисления. В результате исследований были установлены пределы этих

П

параметров, при которых адаптированная каталитическая система и активный ил обеспечивают глубокую очистку сточных вод от N-N11}N-N03" и N-N02" и органических соединений.

Снижение температуры среды до 10-12 °С практически не изменяет кинетику исследуемых процессов. При снижении температуры среды до 5-7 °С, наблюдается снижение эффективности очистки по всем ингредиентам на 7-9 %.

Высокая эффективность биокаталитичсской системы, при сравнительно низких температурах обеспечивается, очевидно, гетерогенным катализатором. В катализаторе повышение реакционной способности координированного 02 ионами металлов может сводиться либо к облегчению термодинамически выгодного четырехэлектрокного переноса с проявлением полного окислительно-восстановительного потенциала реакции восстановления кислорода:

02 + 4Н++4е"~>2Н20

равного 1,23 , либо к понижению энергии активации свободных триплетных молекул 02, которые переходят после координации в синглетное состояние, что облегчает реакцию с синглетиыми молекулами субстрата.

Такие катализаторы работают с ферментами по общему валентно-энергетическому механизму и в совокупности, образовавшаяся каталитическая система обладает более высоким энергетическим уровием, обеспечивая высокую каталитическую активность исследуемой системы в сравнительно больших интервалах температур.

В целом влияние рН среды на активность биокаталитической системы аналогично влиянию температуры и характеризуется максимумом при определенных значениях. Для процесса нитрификации он составляет интервал рН 7,2 - 8,3 (рис.7).

Даже небольшое изменение рН вблизи оптимальных значений, влияет на скорость реакции необратимо. Увеличение щелочности при денитрификации вызывает возрастание рН до 8,5. При этом значении рН конечным продуктом денитрификации исследуемой биокаталитической системы является, в основном, газообразный N2.

Таким образом основные технологические параметры биокаталитической установки:

концентрация катализатора 4,6 кг/м3, концентрация активного ила 1,0-1,5 г/дм3, удельный расход воздуха в первом коридоре установки 7,5-8,0 м3/м3, общее время нитри-денитрификации 8 часов, возраст ила 7 суток, рН - 7,5-8,0, температура 20°С, срок службы катализатора - 5 лет.

В пятой главе приведена конструкция биокаталитической установки, разработанная на основе 2-ух коридорного азротенка с размерами 60x6x3 м. В 1-ом коридоре аэро-тенка в каркасных модулях размещается нолифункциональный катализатор для проведения процессов окисления органических веществ и нитрификации. Во втором коридоре аэ-ротенка находится селективный катализатор по восстановлению N-N0^" и М-КОг" и до-окисленшо органических веществ. Аэрирование воздухом в первом коридоре и механическое перемешивание во втором коридоре аэротенка обеспечивают постоянное поддержа-

Рис 7. Зависимость эффективности процессов нитри- (1) н денщрификаиин (2) от рН среды.

рН среды

(ше кипящего слоя катализатора и определенной концентрации растворенного кислорода в очищаемых сточных водах.

Принципиальная технологическая схема установки представлена на рис. 8.

Каркасные модули с катализатором устанавливаются в шахматном порядке равномерно по длине коридоров аэротенка (рис. 9).

Предложена технологическая схема очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод ОАО А1ЕХК с использованием биокаталитических установок.

Разработанная технологическая схема очистки сточных вод апробирована при реконструкции Н-ой очереди БОС-1 ОАО ЛНХК. Разработаны рекомендации по расчету технологических узлов предлагаемой схемы. Для перемешивания иловой смеси в зонах денитрификации, кроме мешалок, предложена схема принудительной турбулизации потока и приведен ее расчет.

1-ггеханическвя очистка t-мех. грабли 2~ре<иетки 3~песколавки lt-пербичнь/е радиольные отстойники Ш-камера смешения IV -усреднитель

)/-Виокаталил>ические установки V!-Вторичные радиальные отстойники Vll-смесцтепь с хлором УИ!~контрольный резервуар IX-конал цслаОно чистых Coi? Х~пруды~ отстойники

Рис. 10. Технологическая схема очистки сточных вод ОАО АПХК

Применение новой технологической схемы для очистки сточных вод расходом 50 тыс. м3/сут. позволило повысить эффективность очистки сточных вод, сократить эксплуатационные затраты, расход электроэнергии, себестоимость 1 м3 очистки. Экономический эффект от внедрения новой технологической схемы составил более 1280 миллионов рублей.

ВЫВОДЫ:

1. Разработан способ очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод по окислению органических веществ, нитрификации и дснитрификашш в аэротенках в присутствии гетерогенного катализатора на полимерном носителе. Успешное решение поставленной задачи открывает перспективы создания на базе существующих аэротеиков высокоэффективных очистных сооружений, что существенно сокращает капитальные и эксплуатационные затраты на очистку сточных вод.

2. Впервые осуществлен синтез катализаторов для процесса биокаталитической очистки методом гстерогенизации оксидов металлов переменной валентности на поверхности низкомолекулярного полимера, выполняющего роль микрояиганда и полиэтилена высокого давления -макролиганда.

3. Теоретически обосновано и экспериментально доказано, что применение гетерогенного мсталлокомплексного катализатора приводит к повышению концентраций молекулярного и активированного кислорода, что позволяет одновременно проводить процессы окисления и нитрификации без дополнительных энергозатрат с использованием типовых биосооружений.

4. Разработана опытно-промышленная биокатагштическая установка на базе двух-коридорного аэротепка, в котором в каркасных модулях размещен катализатор для процессов нитрификации (I коридор) и декшрификация (II коридор). Найдены оптимальные режимы биокаталитической очистки:

концентрация катализатора - 4,6 кг/м3, удельный расход воздуха на аэрацию - 7,58,0 м3/м3, общее время нитри-денитрификации - 8 часов, возраст ила - 7 сут, рН - 7,5-8,0, температура 20°С, концентрация активного ила- 1,0-1,5 г/дм .

5. Разработана методика .расчета аэротенка — биокаталитического реактора с подвижной загрузкой ГМК.

По результатам проведения исследований разработан технологический регламент на проектирование установки по биокаталитической очистке сточных вод. Изготовлена опьггно-промышленная партия ГМК в количестве 50 тонн и проведено апробирование технологической схемы биокаталитической очистки на II очереди очистных сооружений БОС-1 ОАО АНХК.

Глубина очистки сточных вод от органических соединений по остаточным концентрациям по ХПК составила б-10 мгО/дм1 при эффективности 85 %, по аммонийным соединениям - 0,2-0,5 мг/дм3 при 98 % эффективности и удельном расходе воздуха 7,5-8,5 м3/м3. Эффективность процесса дештрификации составила по азоту нитратному - 80 %, азоту нитритному - 60 %.

6. Изучен характер образующихся продуктов биокаталитической окислительной деструкции с проведением, их токсикологической оценки биотестированием.

Показано, что биокаталитическая очистка не сопровождается ухудшением оргаио-лептических характеристик воды, а очищенная вода относится к категории нетоксичных и отвечает экологическим требованиям безопасности по токсичности очищенной воды и может быть сброшена в водоем или использована в замкнутом водообороте.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Патент РФ № 2053016. Катализатор для окисления сернистых соединений / Ко-четхова Р.П., Кочетков А. Ю., Коваленко II. А. и др. - 1992.

2. Патент РФ № 2053840. Катализатор окисления сернистых соединений в процессе биологической очистки сточных вод I Кочеткова Р.П., Кочетков А. 10., Коваленко H.A. и др. - 1993.

3. Патент РФ № 2097128. Катализатор окисления сернистых соединений / Кочеткова Р.П., Кочетков А. Ю., Коваленко Н. А. и др. - 1997.

4. Патент РФ № 2097338. Способ биохимической очистки сточных вод / Кочеткова Р.П., Кочетков А. Ю., Коваленко H.A. и др. - 1997.

5. Патент № 2108298. Способ доочистки сточных вод / Кочеткова Р.П., Кочетков А. 10., Коваленко H.A. и др. - 1997.

6. Р. П. Кочеткова, Н. А. Коваленко, Л. 10. Кочетков и др. Изучение гетсрогенно-каталитического жидкофазкого окисления сульфида натрия и меркаптанов II Сб. науч. трудов "Химия, наука, производство, экология". - Ангарск: АТИ, 1992. - С. 12-18.

7. Р. П. Кочеткова, Н. А. Коваленко, А. Ю. Кочетков и др. Гетерогенные катализаторы жидкофазного процесса окисления сернистых соединений в сточных водах и газовых выбросах // Тез. докл. Мевдународной конференции по экологии Сибири. - Иркутск, 1993.-С. 19-20.

8. Р. П. Кочеткова, А. Ю. Кочетков, Н. А. Коваленко, и др. Гетерогенные катализаторы жидкофазного окисления сульфид- и меркаптид-ионов в процессах очистки сточных вод, газовых выбросов и окислении белого щелока И Тез. докл. Международной научно-техннческой конференции "PAPFOR". - Санкт-Петербург, 1994. - С. 57-58.

9. Р. П. Кочеткова, Я. А. Коваленко, А. ¡0. Кочетков и др. Разработка и внедрение биокаталитического способа очистки сточных вод И Химия и технология воды (Киев), 1998. -Т.20. - №4.

10. Р. П. Кочеткова, Н. А. Коваленко, А. 10. Кочетков и др. Биокаталнтическая очистка сточных вод // Тезисы докладов 3-го Международного Конгресса "Вода: Экология и Технология". -1998. - С. 415.

11. Н. А. Коваленко, Р. П. Кочеткова, А. Ю. Кочетков и др. Биокаталитическая очистка сточных вод // Тезисы 5-го Международного симпозиума "Чистая вода России-99" -Екатеринбург, 1999 - - С. 100.

12. A. IO. Кочетков, Р. П. Кочеткова, Н. А. Коваленко и др. Адсорбционно-каталитическая доочистка сточных вод // Тезисы 5-го Международного симпозиума "Чистая вода России-99" - Екатеринбург, 1999 .-С.102.

13. П. А. Коваленко, Р. П. Кочеткова, А. Ю. Кочетков и др. Биокаталитическая очистка сточных вод // Научно-практическая конференция "Обеспечение качественной питьевой водой населения Сибири". - Барнаул, 2000. - С. 89.

14. А. Ю. Кочетков, I-I. А. Коваленко, Р. П. Кочеткова и др. Адсорбциоино-каталитическая доочистка сточных и питьевых вод // Четвертый международный конгресс "Вода: экология и технология" . - Москва, 2000. - С. 523.

15. Н. А. Коваленко, Р. П. Кочеткова, А. Ю. Кочетков и др. Биокаталитическая очистка сточных вод // Тезисы докладов 4-го Международного Конгресса "Вода: Экология и Технология". - Москва, 2000. - С. 525.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АЗОТСОДЕРЖАЩИЕ СТОЧНЫЕ ВОДЫ. СПОСОБЫ ИХ ОЧИСТКИ И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ.

1.1. Методы обезвреживания азотсодержащих сточных вод.

1.1.1. Химические методы удаления азота.

1.1.2. Физико-химические методы удаления азота.

1.2. Биологическая очистка от соединений азота.

1.3. Оборудование и технологические схемы биологической нитри-денитрификации.

2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Методы исследования.

2.2.1. Методика приготовления образцов катализатора.

2.2.2. Методика проведения лабораторных испытаний.

2.2.3. Методика проведения опытно-промышленных испытаний.

2.2.4. Методы анализа.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА БИОКАТАМТИЧЕ'СКОЙ НИТРИ-ДЕНИТРИФИКАЦИИ. •.;.

3.1. Синтез гетерогенных металлокомплексных катализаторов для процессов биокаталитического окисления органических соединений, нитри-денитрификации.

3.2. Физико-химические основы активации молекул Ог в водных растворах на поверхности гетерогенных катализаторов.

3.3. Выбор оптимальных катализаторов для процесса биокаталитической нитри-денитрификации.

3.3.1. Биокаталитическая нитрификация. Кинетика и механизм протекающих процессов.

3.3.2. Роль фенолов в биокаталитическом процессе

3.4. Изучение процесса биокатапитической денитрификации.

3.5. Исследование изменения токсичности сточных вод и состояния активного ила в процессе биокаталитической очистки сточных вод.

4. ВЫБОР ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВКИ

БИОКАТАЛИТИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД.

4.1.Оптимизация процесса биокаталитической очистки.

5. РАЗРАБОТКА И ОПРОБОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ

ПРОМЫШЛЕННЫХ И ХОЗЯЙСТВЕННО-БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД.

5.1. Разработка конструкции биокаталитической установки очистки сточных вод.

5.2. Разработка схемы принудительной турбулизации потока для зоны денитрификации.

5.3. Механизм перемешивания сточных вод МПСВ-700.

5.4. Расчет работы аэротенка с катализатором.

5.5. Разработка технологической схемы очистки сточных вод ОАО АНХК.

5.6. Технико-экономические показатели.

Актуальность работы

Среди ресурсных и экологических проблем, порожденных развитием хозяйственной деятельности человека, одной из наиболее сложных и трудноразрешимых, стала проблема сохранения водных и наземных экосистем.

Повсеместно на планете отмечается качественное истощение водных ресурсов, и половина населения земного шара уже лишена возможности потреблять чистую воду. Сейчас в водоемы планеты сбрасывается около 1800 км3 в год неочищенных сточных вод.

В России в последние годы, наряду с уменьшением абсолютного количества сбросов загрязненной воды, примерно в 2,8 раза (для Восточной Сибири - в 2 раза), начиная с середины 80-х годов, существует также и тенденция уменьшения степени очистки сбрасываемых вод. Так в Восточной Сибири до нормы очищается всего 2,9%, в Северо-Западном регионе лишь 0,1% сбрасываемых вод.

Это можно объяснить не только ужесточением нормативов качества воды, но и тем, что наряду со всеобщим падением производства в нем значительно в 2 раза) увеличилась доля экологически вредного.

Восточная Сибирь дает 12% общероссийских сточных вод и наряду с СевероКавказским, Уральским, Северо-Западным, Центральным и Поволжским районами находится в списке самых неблагоприятных в экологическом отношении регионов. При этом, содержание таких соединений, как азот, фосфор, фенолы, нефтепродукты и др. в поверхностных водоемах в несколько раз превышает нормы ПДК.

В этих условиях естественные биологические процессы, которые протекают в водоемах, уже не обеспечивают самоочищения, происходит нарушение экологического равновесия.

Важнейшей задачей охраны окружающей среды является защита водоемов от эвтрофикации, возникающей в результате поступления в них повышенных количеств биогенных элементов и, прежде всего азота. Эвтрофикация вызывает массовое развитие планктонных водорослей, приводящее к существенному ухудшению качества воды, появлению привкусов и запахов, нарушению кислородного баланса и экологической обстановки водоемов и т.п. Наличие соединений азота в оборотной воде приводит к образованию биологических обрастаний в технологических аппаратах и коммуникациях, осложняет эксплуатацию оборудования. В результате возникают дополнительные трудности при очистке воды для хозяйственно-питьевых целей и некоторых видов производственного водоснабжения.

Таким образов, необходимость защиты водоемов от антропогенного эвтрофирования и создание благоприятных условий для внедрения на предприятиях замкнутого водопользования путем предотвращения и устранения биологических помех и предопределяют актуальность очистки сточных вод от соединений азота.

Состояние проблемы

Биологическая очистка сточных вод от соединений азота является одним из наиболее дешевых, широко применяемых способов очистки в нашей стране и за рубежом. Несмотря на уникальность указанного метода, он имеет ряд недостатков: низкую скорость разрушения биорезистентных веществ и высокую чувствительность гидробионтов активного ила к токсичным ксенобиотикам.

Применяемые в нашей стране технические решения для биологической очистки сточных вод не обеспечивают эффективного удаления соединений азота до требований предельно допустимых концентраций (ПДК) для сброса в водоем.

Для обеспечения установленных норм в очищенной воде необходимо использование метода их глубокого удаления, что требует материальных затрат на один-два порядка выше, чем при строительстве обычных сооружений.

Биологические методы очистки хорошо изучены, однако возможности их интенсификации, как конструктивные, так и технологические, далеко не исчерпаны.

Остро стоит задача включения в существующую последовательность операций биологической очистки таких процессов, которые в первую очередь действуют на компоненты, плохо разрушаемые активным илом в обычных условиях.

Цель работы

Повысить эффективность биологической очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от соединений азота путем использования полифункциональных гетерогенных металлокомплексных катализаторов - синтетических аналогов окислительно-восстановительных энзимов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- провести детальный анализ эффективности существующих схем, технологий и конструктивных решений в очистке сточных вод от соединений азота;

- разработать гетерогенные катализаторы для процессов окисления, нитри-денитрификации;

- изучить основные закономерности, механизмы процессов и оценить токсичность сточных вод и активность ила в биокаталитической нитри-денитрификации;

- определить основные технологические параметры биокаталитической установки нитри-денитрификации;

- разработать и внедрить комплексную технологическую схему биокаталитической нитри-денитрификации в аэротенках коридорного типа и провести технико-экономическую оценку биокаталитической технологии.

Работа выполнена по договорам с рядом промышленных предприятий.

Результаты включены в отчеты по хоз.договору с ОАО АНХК № 1505/93-97, по Лицензионному договору № 6678/98 с МП ИПУВКХ, по договору № БНТ/У/3-1/3/689/ОО/ООС с ОАО «Уфанефтехим».

Методы исследования

В работе для решения конкретных задач использовали современные физико-химические, химические методы исследования, фотоколориметрию, ИК-,УФ-спектроскопию, потенциометрию, микробиологические и биохимические методы исследования, стандартные методики определения качества сточных вод, методы планирования эксперимента, статистические методы обработки результатов на ПЭВМ.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующему

- получили дальнейшее развитие научные основы интенсификации процессов очистки сточных вод от азотных соединений путем использования гетерогенных металлокомплексных катализаторов;

- впервые осуществлен синтез синтетических энзимов - аналогов оксидоредуктаз путем координационного связывания каталитически активных комплексных соединений с функциональными группами полимерного носителя и доказана возможность использования их для повышения эффективности процессов нитри-денитрификации

- установлено, что применение гетерогенного металлокомплексного катализатора при биологической очистке за счет повышения концентраций молекулярного и активированного кислорода позволяет одновременно проводить процессы окисления и нитрификации при снижении энергозатрат с использованием типовых биосооружений как среды проведения биокатализа. доказан валентно-энергетический механизм протекания окислительно-восстановительных процессов в биокаталитической системе. Показано, что катализаторы способны обратимо связывать Ог с помощью координированных ионов переходных металлов. Координация молекул Ог сопровождается переносом электронной плотности с центрального иона металла катализатора на О2, что приводит к образованию частиц О", О2" , О2 Использование разнолигандных комплексов переходных металлов позволяет регулировать силу поля катализаторов, окислительно-восстановительный потенциал системы.

- предложены оригинальные решения реконструкции двухкоридорных аэрогенков с установкой в них каркасных модулей с катализаторами. Особенностью конструкции является использование якорных устройств, позволяющих удерживать модули с катализатором и обеспечивать его нахождение во взвешенном состоянии при интенсивной аэрации.

- разработана технологическая схема и определены основные технологические параметры биокаталитического процесса. Разработанный способ защищен 2-мя патентами на изобретение № 2053840, № 2097338.

Практическая значимость

Предложена технология интенсификации нитри-денитрификации сточных вод за счет каталитического действия гетерогенных металлокомплексных катализаторов.

Разработана технологическая схема очистки сточных вод и конструкции модулей для катализаторов для очистных сооружений ОАО АНХК, проведены промышленные испытания и технология внедрена на II очереди БОС-1 ОАО АНХК.

Экономический эффект от внедрения составил 1280 млн. рублей.

Положения, выносимые на защиту:

- Результаты разработки технологии синтеза гетерогенных металлокомплексных катализаторов для биологической очистки сточных вод

- Результаты экспериментальных исследований по изучению механизмов процессов, протекающих при биокаталитической очистке сточных вод.

- Основные технологические параметры биокаталитической установки.

- Конструкция биокаталитической установки и технологическая схема очистки.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ:

1. Разработан способ очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод по окислению органических веществ, нитрификации и денитрификации в аэротенках в присутствии гетерогенного катализатора на полимерном носителе. Успешное решение поставленной задачи открывает перспективы создания на базе существующих аэротенков высокоэффективных очистных сооружений, что существенно сокращает капитальные и эксплуатационные затраты на очистку сточных вод.

2. Впервые осуществлен синтез катализаторов для процесса биокаталитической очистки методом гетерогенизации оксидов металлов переменной валентности на поверхности низкомолекулярного полимера, выполняющего роль микролиганда и полиэтилена высокого давления -макролиганда.

3. Теоретически обосновано и экспериментально доказано, что применение гетерогенного металлокомплексного катализатора приводит к повышению концентраций молекулярного и активированного кислорода, что позволяет одновременно проводить процессы окисления и нитрификации без дополнительных энергозатрат с использованием типовых биосооружений.

4. Разработана опытно-промышленная биокаталитическая установка на базе двухкоридорного аэротенка, в котором в каркасных модулях размещен катализатор для процессов нитрификации (I коридор) и денитрификации (II коридор). Найдены оптимальные режимы биокаталитической очистки: концентрация катализатора - 4,6 кг/м3, удельный расход воздуха на аэрацию - 7,58,0 м3/м3, общее время нитри-денитрификации - 8 часов, возраст ила - 7 сут, рН - 7,5-8,0, температура 20°С, концентрация активного ила - 1,0-1,5 г/дм .

5. Разработана методика расчета аэротенка - биокаталитического реактора с подвижной загрузкой ГМК.

По результатам проведения исследований разработан технологический регламент на проектирование установки по биокаталитической очистке сточных вод. Изготовлена опытно-промышленная партия ГМК в количестве 50 тонн и проведено апробирование технологической схемы биокаталитической очистки на II очереди очистных сооружений БОС-1 ОАО АНХК.

Глубина очистки сточных вод от органических соединений по остаточным концентрациям по ХПК составила 6-10 мгО/дм при эффективности 85 %, по аммонийным соединениям - 0,2-0,5 мг/дм3 при 98 % эффективности и удельном расходе воздуха 7,5-8,5 м3/м3. Эффективность процесса денитрификации составила по азоту нитратному - 80 %, азоту нитритному - 60 %.

6. Изучен характер образующихся продуктов биокаталитической окислительной деструкции с проведением их токсикологической оценки биотесгированием.

Показано, что биокаталитическая очистка не сопровождается ухудшением органолептических характеристик воды, а очищенная вода относится к категории нетоксичных и отвечает экологическим требованиям безопасности по токсичности очищенной воды и может быть сброшена в водоем или использована в замкнутом водообороте.

1. Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами от 16 мая1994 г.

2. Черкинский С. Н. Санитарные условия спуска сточных вод в водоемы. М.: Стройиздат, 1987 г.

3. Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами. М.: Минводхоз РФ, 1994 - с.38.

4. Кривцова Н. В., Соколова Е.В., Стерина P.M. Очистка сточных вод от соединений азота. Обзорная информация, серия: Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов. М.: НИИТЭХИМ, 1992. - вып. 3(10). с.54.

5. Atkins P. R. et al. Denitrification, nitrification and atmospheric nitrous oxide // J. Water Pollution Control Federation. 1994 - Vol.46, № 8. - p.1974-1983.

6. Atkins P. R., Barnes R. A. Nitrogen Transformations in Streams// AJCHE Symp.1995 -Vol.71, №14 p.96-107.

7. Singer P. S., Lilli W.B. Combined Carbon Oxidatior Nitrification // water Researh. -1995 -Vol. 9, №12- p.127-134.

8. Thobanoglous G. Proc. 12-th Sanit. Eng. Conf. Nitrate and Water Supply: Source and Contr., Urbana. 1990.1. II. - p.l 10-135.

9. Худак В. H. Очистка воды от нитратов. В кн.: Труды института ВОДГЕО. М.: ВНИИВОДГЕО, 1995 -вып. 48. - с.42-44.

10. Орловский 3. А. Очистка сточных вод за рубежом. М.: Стройиздат, 1974с. 192.1.. Culp R. L. Denitrification Rates in the Eastern South Facific //J. Water Pollution Control Federation. 1993 - Vol.35, № 6 - p.21-65.

11. Smath E. G., Loehr R. C. // Water Pollution Control Federation/ 1994 - Vol. 46, № 8- p.1939 - 1957.

12. Roberts Т. W. Effluent and Water Treatment. 1995. - Vol.15, № 9 - p.489.

13. Schindals Adnan // Water and Sewage Works. 1992. - Vol.119, № 6 - p.66-71.

14. Evans S. I. Nitrous Oxide Production by Non-Denitrifying // water researh. 1993 -Vol. 45, № 4 - p.632-636.

15. Reeves T. G. Nitrogen removal: a literature revie // J. Water Pollution Control Federation. 1992 - Vol.44, № 10 - p. 1895-1908.

16. Benninger R. W. Scherrard J. N. Nitrification and Alkalinity Relationships in Activated Sludge // J. Water Pollution Control Federation. 1998 - Vol. 50, № 9, p.2132.

17. Barth E. F. et al., Process Design Manual for Nitrogen, Control. U.S. EPA //Technology Transfer. 1995 - Vol.12, № 11 - p. 124.

18. Строганов C.H. Проблемы водоснабжения и очистки сточных вод города Москва. М. - Л., 1998.

19. Лапшин М. М. Разработка способов очистки сточных вод. М.: АН РФ 1992244с.

20. Доливо-Добровольский Л. Б. И др. Химия и микробиология воды (основы химической и биологической очистки воды). Киев: Выща школа, 1991 - 306 с.

21. Карелин Я. А, Жуков Д. Д., Журов В. Н., Репин Б.Н. Очистка производственных сточных вод в аэротенках. М.: Стройиздат, 1973 - 223 с.

22. Орловский 3. А. Очистка сточных вод в аэротенках. М.: Изд. МКХ, 1993 - 113

23. Eckenfelder W. W, Gloyna E. P. Home aspekty projektovania biologicznego cozyszania sciekow. Gas, Woda i Technik Sanitarna, 1996, №3, 89-93, №4, 120-126.

24. Ingersoll А. C, Brooks N. H., Fundamental concepts of rectangular settling tanks. -Proc. Amer. Civil Energ., 1995, 81, № 590,1-28.

25. Kalbskopf K.H., Discussion of the design parameter for secondary sedimentation tanks. Water Research, 1992, 6,429-431.

26. Murphy K. L., Biologoeal consideraton in the design of the activated sludge process.-J.Inst. Publuc Health Eng., 1990, 69, № 1,77-87.

27. Tusec F., Chudoba J., Madera V., Unified basisfor design of biological aerobic treatment processes. Water Research, 1991, 5, 647-680.

28. Карелин Я. А., Репин Б. H. Биохимическая очистка сточных вод предприятий пищевой промышленности. М: Стройиздат, 1994 - 163 с.

29. Роуз Э. Химическая микробиология, изд. "Мир", М., 1991.

30. Никитский Я. Я.Результаты микробиологических исследований произведенных на опытной биологической станции и полях орошения. М., 1990 - с. 76.

31. Cyrus Е., Sladka A., Several interesting orgenisms present in activated sludge. -Hydrologia, 1990, 35, №3-4, 385-396.

32. Jun Chun Bong. On biocenosis of active sludge. Bull. Acad. Sei. DPR, Korea, 1991, № 1,55-56.

33. Lackey Т. В., Zooflagellates in freshwater biology. Washington, 1999,190-231.

34. Liebmann N., Handbuch der Frischwasser und Abwasserbiologie. Vunchen, 1992,1,588 p.

35. Noland L. E. Factors influencing the distributions о f fresh ciliates-ecologie, 1995, 6, 437-452.

36. Sladecek V., System of water quality from the biological pointof view. Jn. Ergebnisse Limnologie, Stuttgart, 1993, 218 p.

37. Stiller J., Durch Einwirkung von Umveltfactoren entstehende Modificationen bei der Beurteilung des Wassers. Jn. Verhaltnisse Intern. Varein. Limnol., Stuttgart, 1991, 14, 10711074.

38. Camp T. R., Sedimentation and design of settling tanks. American. Society of Civil Engrs., 1993, 13.

39. Ericksson Т. E., Fan J. Т., Optimization of hidraulic regime of activated sludge system. Journal of the Water Poll. Control Fed, 1995,40, 345.

40. Lindner W., Ergebnisse von Versuchen mit einer zwestufigen belebungsanlage. -Stadthygiene, 1998, №4.

41. Randolf R., Kanalization und Abwasserbehandlung. VEB Verlag fur Bauwesen, Berlin, 1992,470 p.

42. Spohr G., Eskenfelder W. W., Brenner T. Kontaktstabilizireungaprozess der abwasserreinigung mit Turbinen belufter "Permaerator". Gesundheitsingenieur, 1992, 83, 225.

43. Материалы советско-японского симпозиума по охране окружающей среды. -Токио, 1998. 364 с.

44. Nobus Н. G.Analysis of the How induced by air bubble systems. Coastsl Engieneering Conferense, 1998, II, 1016-1031.

45. Синев О. П., Игнатенко А. П. Коагулирующие и сорбционные свойства активного ила // Строительство и архитектура. 1994. - № 4. - с.128-132.

46. Emde W., Beitrag zu Versuchen zur Abwasserreinigung mit belebten Schlamm. -Veroffenichungen des Institut fur Seidlungswasserwirtscaft der TH Hannover, 1992, Heft I., 1840.

47. Kunstliche Beluftung von Oberflachengewasser, industriallen und kommunallen Abwassern. VEB Doutscher Verlag fur grundstoffindustrie, Leipzig, 1998, 137 s.

48. Levi R. L., Treatment of combined and raw sewages with the dissolved air flotation process. Water Res., 1992,6, № 12, 821-824.

49. Scaumburg F. D. New processLOP performer onmunicipal industrial sewages. -Water and Waster Eng., 1991, 8, № 10,43-45, 49.

50. Schaumburg F. D., Lasswell S. Novel biological treatment process utilized unique redwood media. Water and Wastes Eng., 1990,7, № 8, 34-35.

51. Бондарев А. А. Биологическая очистка промышленных сточных вод от соединений азота. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: 1990.

52. Джикия. М. Г. Очистка городских сточных вод методом одностадийной нитрификации-денитрификации. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: 1986. - 165 с.

53. Nelson N. Е., Kreling К. L. Weatwater treatment system including multiply stadges of alternate aerobic-anaerobic bioreactor in seties Area Environmental Co. пат.№ 21556, США, опубл. 27.07.91.

54. Emde W/ V/ D/ Huramos deju levegooztetes es aerob iszap stabilizalos - "Hidrob. Kozl.", 1996, 59 5,191-204/

55. Ericson Berut, "Vatten", 1997,43, № 4, 302-312.

56. Ozaki Mazko, Nacasone Hideco, Fuzisaki Masayuki, Abe Yukvo / Изучение процесса денитрификации в окислительном канале с использованием падающей воды для аэрации. // Trans. Jap. Soc. Irrig. Drain and Reclam. Eng. 1990. - № 1.

57. Diering A. "Korrespond. Abwasser", 1988,35, №2,128-133.

58. Douson R. N., Murphy K. L. "Water Res.", 1992, 6.

59. Elmers Peter, Secoulov I., Заявка 3408561, ФРГ, Заявл. 8.03.84, № 3408561.5, Опубл. 12.09.89, МКИ C02F 3/30.

60. Kayser R., Ermely G. Instrum and Confr. Water and Wastewater Treat and Transp. Syst. Proc. 4th AJWPRC Workshop Houston/ Denuer, 27 apr. 4 may, 1985. Oxford e.a.; 1985, 481-488.

61. Kholdelaran В., Oertli I. I. Effect of pH and ammonia on the rate of nitrification of surface water // J. Water Pollution Control Federation 1992. - vol. 49, № 15, p. 1688.

62. Муравьева H.B. Двухступенчатая очистка городских сточных вод в аэротенках. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Киев, 1985, - 135 с.

63. Яковлев С. В., Скирдов И. В., Швецов В. Н., Бондарев А. А., Андрианов Ю. М. Биологическая очистка производственных сточных вод М.: Стройиздат 1985, 208 с.

64. Gallanger John. R. At. Al. "Proc. 41 st Ind. Waste Conf., West-Zafayette, Ind" May 13-15, 1986, Chelsea, Mich., 1997, 34, № 6, 645-649.

65. Green R. A. Complete Nitrification by single Stage Activated Sludge. Paper Presented at the 46th Annu. Conf// J. Water Pollution Control Federation. 1993. - Vol. 26, № 4. -p. 146-158.

66. Wild H. E. et al., Kinetics and Stoichiometry of Respiration in Biological Treatment Process // J. Enviromental Sciences. -1991. Vol. 24, № 4. - P. 39.

67. Zink В., Schneider N. Denitrification abs hotwendige Fordering bei schwach belasteten belebungsanalagen // Wasserwirtschaft. 1996. - Bd.69, № 11. - p. 357-362.

68. Hammer M. J. Water and Waste-Water Technology. by John Willey Sons, Inc. 1987. -400 p.

69. Сагадеева JI. В. Глубокая очистка сточных вод от биогенных элементов.: Автограф. Дис. канд. техн. наук. М., 1973. - 17 с.

70. Wilson R. V. et al. Design and cost comparison of biological nitrogen removal processes // J. Water Pollution Control Federation. 1991. - Vol. 53, P. 1434.

71. Ludzack F.J., Ettinger M.B. Control Operation to Mimize Activated Sludge Effluent Nitrogen // J. Water Pollution Control federation. 1992. - Vol. 34, №9. - p.920-931.

72. Gey M. La probleme de l'azote dans les laux. Paris. 1993. - 364 p.

73. Wood L9B9 et.al. Some Observations in biological Tratments Plants // Proc. Thrid

74. Conference Biological Waste Treatment, Manhattan College, № 7. 1990. - p. 27-38.

75. Barnard J. L. Biological Nutrient Removal Without the addition of chemical // -Water Resear. 1995. - Vol. 9, №4. - p.485.

76. Passwear A. Contributin jn Nitrogen Removal from sevage // Munher bertrage zur Abwasser-Fiherei-andFlussbilogie. 1991. - Bd.12. - s. 197-200.

77. Matsche N. F. The Elimination of nitrogen in the Treatment Plant of Vienna-Blumental. Yater Reserch. - 1992. - Vol. 6, № 4/5. - p.485-486.

78. Dreus L. J., Greef A. M. Nitrogen Eliminationby Rapid Alternation of Aerobic-Anoxic Conditions in "Orbal" ActivatedSludge Plants //. Water Research. 1991. - Vol.7, № 8.- p.l 183-1194.

79. Wang L.K. et. Al. Chemiastry of Nitrification-Denitrification Process // Lournal of Environment Sciences. 1991. - Vol. 21, № 6. -p.23-28.

80. Boschop D. F., Haidman J. A., Stamberd J. B. Single-Stage Nitrification-denitrification //J. Water Pollution Control Federation. 1993. - Vol. 48, №3. - p.521-532.

81. Schwinn D. E., Storrier D. F. Full-Scale Operations of a Single-Stage Nitrification-denitrification Plant // Technical Report EPA 600 / 2-77-088. - 1997. - p. 1-73.

82. Parker D. S., Kaufman W. J and Tenkis D. Physical conditioning of Activated Sludge Ploc // J. Water Pollution Control Federation. - 1994. - Vol. 43, №9. - p.1817 - 1833.

83. Iroin J. Low Temperature Removal of Nitrate by Bacterial denitrification // Water Research. 1994. - Vol. 68, № 15. - p.989.

84. Поруцкий Г.В. Биохимическая очистка сточных вод органических производств. -М.: Химия.- 1985-256 с.

85. Проскуряков В.А., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности. JL: Химия. - 1990 - 464 с.

86. Роговская И.И. Биохимический метод очистки производственных сточных вод.- М: Стройиздат. 1987 - 139 с.

87. Строганов С.Н., Корольков К.Н. Биохимическая очистка сточных вод. Основные процессы. М.: Госстройиздат. - 1994 - 188 с.

88. Ковалева Н.Г., Ковалев В.Г. Биохимическая очистка сточных вод химической промышленности. -М.: Химия. 1987 - 157 с.

89. Карюхина Н.А., Чурбанова И.Н. Химия воды и микробиология. М.: Стройиздат. -1994-215 с.

90. Гордин И.В., Манусова Н.Б., Смирнов Д.Н. Оптимизация химико-технологических систем очистки промышленных сточных вод. Л.: Химия. - 1997 - 176 с.

91. Брагинский Л.Н., Евилевич М.А. и др. Моделирование аэрационных сооружений для очистки сточных вод. -Л.: Химия. 1990 - 144 с.

92. Гордин И.В., Марков П.П. Технологические системы водообработки. Динамическая оптимизация. Л.: Химия. - 1987 - 264 с.

93. Ксенофонтов Б.И. Биотехнология и охрана окружающей среды // Мир наук -1990-Т.34 -№4-с. 25-28.

94. Леонова Л.И., Ступина В.В. Водоросли в доочистке сточных вод. Киев: Наукова думка. 1988 - 185 с.

95. Лукиных Н.А., Липман Б.М., Криштул В.П. Методы доочистки сточных вод. -М.: Стройиздат. 1992 - 156 с.

96. Остроумов С.А. Введение в биохимическую экологию. М.: МГУ. 1986 - 175 с. Пат. 291981 ГДР МКИ5 C02F9100 Verfahren zur Wetfstoffgewinnung aus abwas derenzymatischen Vorbehandluger von naturwassestoffe aus cellulose. / Robner H. -опубл. 10. 12. 89.

97. Тимофеева C.C., Краева В.З. Способ биологической очистки сточных вод от цианидов. А.с. 709565 СССР, МКИ С02 5/10.

98. Тимофеева С.С., Руш.Е.А., Старостина В.Ю. Современные подходы к технологиям очистки сточных вод и утилизации бытовых отходов малых населенных пунктов // Проблемы оценки и прогноза устойчивости геологической среды г. Иркутска. -Иркутск-1997-с. 141-144.

99. Тимофеева С.С., Стом Д.И., Курочкин М.М., Бутина Н.П. Способ биологической очистки сточных вод от органических соединений . А.с. 914508 СССР, МКИ С02 3/34.

100. Тимофеева С.С., Стом Д.И., Суслов С.Н. Способ биологической очистки сточных вод от фенольных соединений. А.с. 709565 СССР, МКИ С02 5/10.

101. Тимофеева С.С., Стом Д.И., Суслов С.Н. Способ биологической очистки сточных вод от фенольных соединений. А.с. 941317 СССР, МКИ С02 3/32.

102. Тимофеева С.С., Стом Д.И., Суслов С.Н. Способ биологической очистки сточных вод от фенольных соединений. А.с. 939467 СССР, МКИ С02 3/22.

103. Forss К., Jokinen К., Savolainen М., Williamsson Н. Utilization of enzymes for effluent trealization in the pulp and paper industry // Paper ja pun 1989 - v. 71, № 10 - p. 1108 - 1112.

104. Экман Э.Ф. Естественная биологическая очистка сточных вод в накопителе // Водоснабжение и санитарная техника 1994 - № 8 - с. 15-17.

105. Глобенко Г. М., РахмоновН. Р. Глубокая очистка сточных вод спиртовых заводов // Водоснабжение и канализация. М., Стройиздат, 1984. 192 с.

106. Ключихин В. 3. Применение окислителей в технологии глубокой очистки городских сточных вод. Горький. Горковский инженерно-строительный ин-т, 1990 - 13 с.

107. Jasutare S. Application of Ozone in Japan for Water and Wastewater treatment // Ozone Sci Eng. 1991 - p.309-312.

108. Zepp R. G. Factors affecting the Photochemical treatment of Nazardous waste // Environ. Sci.Technol 1995 22 - p.256-257.

109. Peyton G.R., Glaze W. M. Destruction of pollutans in Waters with ozone in combination with wetraviolet radiation. 3. Photolysis of agneons ozone // Ybild, 1995 p.761 -767.

110. Аагнюк В. H., Коваленко А. И., Доочистка городских сточных вод биоультрафильтрованием // Химия и технология воды. 1990 - 8, № 4. - с.73-76.

111. Канализация населенных мест и промышленных предприятий. Справочник проектировщика. Под ред. Самохина В. Л., М., Стройиздат, 1991. 637 с.

112. Троян О. С. и др. Самоочищение и биоиндиксация загрязненных вод. М: Стройиздат, 1990, с.57-68.

113. Патент РФ № 2053840. Катализатор окисления сернистых соединений в процессе биологической очистки сточных вод / Кочеткова Р.П., Кочетков А. Ю., Коваленко Н.А. и др. 1993.

114. Патент РФ № 2097128. Катализатор окисления сернистых соединений / Кочеткова Р.П., Кочетков А. Ю., Коваленко Н. А. и др. 1997.

115. Патент РФ № 2097338. Способ биохимической очистки сточных вод / Кочеткова Р.П., Кочетков А. Ю., Коваленко Н.А. и др. 1997.

116. Патент № 2108298. Способ доочистки сточных вод / Кочеткова Р.П., Кочетков А. Ю., Коваленко H.A. и др. 1997.

117. Р. П. Кочеткова, Н. А. Коваленко, А. Ю. Кочетков и др. Изучение гетерогенно-каталитического жидкофазного окисления сульфида натрия и меркаптанов // Сб. науч. трудов "Химия, наука, производство, экология". Ангарск: АТИ, 1992. - с. 1218.

118. Р. П. Кочеткова, Н. А. Коваленко, А. Ю. Кочетков и др. Разработка и внедрение биокаталитического способа очистки сточных вод // Химия и технология воды (Киев), 1998. т.20. - № 4.

119. Р. П. Кочеткова, Н. А. Коваленко, А. Ю. Кочетков и др. Биокаталитическая очистка сточных вод // Тезисы докладов 3-го Международного Конгресса "Вода: Экология и Технология". 1998. - с. 415.

120. Н. А. Коваленко, Р. П. Кочеткова, А. Ю. Кочетков и др. Биокаталитическая очистка сточных вод // Тезисы 5-го Международного симпозиума "Чистая вода России-99" Екатеринбург, 1999 . - с. 100.

121. А. Ю. Кочетков, Р. П. Кочеткова, Н. А. Коваленко и др. Адсорбционно-каталитическая доочистка сточных вод // Тезисы 5-го Международного симпозиума "Чистая вода России-99" Екатеринбург, 1999 . - с. 102.

122. Н. А. Коваленко, Р. П. Кочеткова, А. Ю. Кочетков и др. Биокаталитическая очистка сточных вод // Научно-практическая конференция "Обеспечение качественной питьевой водой населения Сибири". Барнаул, 2000. - с. 89.

123. А. Ю. Кочетков, Н. А. Коваленко, Р. П. Кочеткова и др. Адсорбционно-каталитическая доочистка сточных и питьевых вод // Четвертый международный конгресс "Вода: экология и технология" . Москва, 2000. - с. 523.

124. Н. А. Коваленко, Р. П. Кочеткова, А. Ю. Кочетков и др. Биокаталитическая очистка сточных вод // Тезисы докладов 4-го Международного Конгресса "Вода: Экология и Технология". Москва, 2000. - с. 525.

125. Байер Е., Шретцман П. Обратимое присоединение кислорода комплексами металлов // Структура и связь. М.: Мир, 1989 - т.2 - с. 279-346.

126. Братушко Ю.И. Координационные соединения ЗсЬпереходных металлов с молекулярным кислородом // Успехи химии координационных соединений. Киев: Наук. Думка, 1987-с. 167.

127. Савицкий A.B., Нелюбин В.И. Активация молекулярного кислорода при взаимодействии с комплексами переходных металлов // Успехи химии. 1985 - 44, № 2 -с.214-235.

128. Братушко Ю.И. Электронная структура и реакционная способность комплексов переходных металлов с молекулярным кислородом // Биологические аспекты координационной химии. Киев: Наук. Думка, 1990 -с.27-62.

129. Мартелл А.Е., Такуи Хан М.М. Катализ ионами металлов реакций молекулярного кислорода//Неорганическая биохимия. М.: Мир, 1988-т.2-с.53-93.

130. Fridowich J. Thebiologi of oxygen radical // Science. 1988 -т.2 -c.53-23.

131. Лурье Ю.Ю. Унифицированные методы анализа вод. М.: Химия, 1973с.376.

132. Идельчик И.Е. Аэродинамика промышленных аппаратов. М.: «Энергия», 1964-с. 35-37.

133. Пуско-наладочные работы проведены согласно Технологического регламенту на проектирование биокаталитической установки и инструкции на эксплуатацию установки, разработанных НПП « Катализ».

134. Для изучения влияния катализаторов на эффективность биологической очистки оценена работа установки по сравнению с контрольным аэротенком.1. РЕШИЛИ:

135. Признать биокаталитический способ очистки сточных вод от органических, азотсодержащих соединений работоспособным, высокоэффективным по снижению токсичных ингредиентов.

136. В результате выполненных пуско-наладочных и эксплуатационных работ достигнуты следующие показатели:

137. Ингредиент концентрация, мг/л Эффективность, %до внедрения биокаталитической очистки после внедрения биокаталитической очистки1. ХПК 40 12 851. Фенолы 0,06 0,01 90

138. Азот аммонийный 3,0 0,2 97

139. Азот нитратный 40,0 10,0 80

140. Азот нитритный 0,2 0,02 60

141. Передать биокаталитическую установку в постоянную эксплуатацию цеху 52/152 УВКиОСВ.

142. Очищенные сточные воды после биокаталитической очистки направлять далее по действующей технологической схеме.

143. Экономический эффект от внедрения составляет 320088,6 тыс. рублей в ценах 1996 г. А^Р

144. Начальник цеха 52/152 Главный инженер УВК и ОСВ

145. Научный руководитель НПП «Катализ»

146. А. В. Коваленко С. С. Горявин1. Р. П. Кочеткова

147. УТВЕРЖДАЮ Директор Hi 111 «Катализ»1. Л, С. Резникова 2000 г:1. УТВЕРЖДАЮ "ернический,ктор1. Цветков 2000 г.1. АКТвнедрения установки по изготовлению гетерогенных металлокомплексных катализаторов на полимерной основе в цехе 122/123 завода полимеров

148. Основанием для разработки технологии синтеза гетерогенных металлокомплексных катализаторов на полимерной основе для жидкофазного окисления серосодержащих и азотсодержащих органических соединений явились х/договора с ОАО АНХК.

149. Производство опытно-промышленной установки организовано на установке по получению сажевых концентратов после ее реконструкции.

150. Комплекс производства катализаторов включает в себя следующие этапы:- приготовление металлокомплекса;- смешение в гомогенизаторе металлокомплекса с полиэтиленом;- формовка катализаторной массы в виде гранул Д = 5-25 мм.

151. Приготовление металлокомплекса осуществляется путем активации исходных компонентов (оксидов металлов переменной валентности, отработанных катализаторов, пиритного огарка и др.) с помощью механического размола в присутствии пластификатора.

152. Исходные данные для расчета:

153. Объем сточных вод БОС-1 — 50 тыс. м3/сут; годовой объем сточных вод— 18250000 м3.

154. Годовое потребление воздуха БОС-1 составляет 460889 тм3.

155. Ингредиент Биокаталитический метод очистки Существующие сооружения Снижение

156. ХПК, мг/л 12,0 40,6 в 3,4 раза

157. Фенолы, мг/л 0,01 0,033 в 3,3 раза

158. Азот аммонийный (N114), мг/л 0,1 3,0 в 30

159. Азот нитратный (ИОз), мг/л 6,0 13,5 в 2,2

160. Азот нитритный (N02), мг/л 0,02 0,115 в 5,75"

161. Примечание: по столбцу 3 использованы данные отчета УВК за 1995 год.

162. Эффективность доочистки составляет:по фенолам — 40%;по азоту аммонийному — 35%;по ХПК—35-40%

163. Годовое количество (кг/год) вредных веществ, сброшенных со сточными водами, составляет:

164. Ингредиент Биокаталитиче ский метод очистки от БОС-1 Существ ующий метод Снижение сброса с БОС-1 Снижение при доочистке на прудах-отстойника Ожидаемое, снижение от биокаталитич еского метода после доочистки

165. ХПК 219000,0 740950,0 521950,0 40% -313170,0

166. Фенолы 182,5 602,3 419,8 40% -251,9

167. Азот (аммонийный) 1825,0 54750,0 52925,0 35% 34401,2

168. Азот (нитратный) 109500,0 246375,0 136875,0 136875,0

169. Азот (нитритный) 365,0 2098,7 1733,7 1733,7

170. ХПК/ 1,7 =43341,4 тыс. руб.где 1,7 — коэффициент экологической ситуации;35 — территориальный коэффициент индексации к базовым нормативам платы за сбросы.1. Всего: 330099,8 тыс. руб.

171. Затраты НИР, строительно-монтажные работы и катализатор: 3310000 : 5 = 662000 тыс. руб. (с учетом срока эксплуатации 5 лет)

172. Общий экономический эффект: 982088,6 662000 = 320088,6 тыс. руб.1. Начальник ОТЭ АО АНХК1. Директор НПП "Катализ

173. Главный инженер УВК АО АНХК1. Зам. начальника ПЭО1. Экономист УВК1. УТВЕРЖДАЮ1. ЗАКЛЮЧЕНИЕ- по результатам опытно-промышленных испытаний на биокаталитической установке

174. Для изучения влияния катализатора на эффективность биоочистки в аэротенке сравнивалась работа аэротенков № 7 (с катализатором) и № б (контрольного).

175. Провести реконструкцию II очереди БОС-1 с полным автономным илооборотом.

176. Токсикологические исследования проводились методами биотестирования и гидробиологического контроля, утвержденными Государственным комитетом РФ по охране окружающей среды.

177. Показано, что б ио каталитическая очистка не сопровождается ухудшением органолептических характеристик воды, а очищенная вода относится к категории нетоксичной, согласно результатам биотестирования.

178. Биокаталитическая технология отвечает экологическим требованиям безопасности по токсичности очищенной воды и может быть рекомендована в промышленных технологиях водоочистки.

179. Зав. лаб. межвузовской региональной лаборатории экологических исследований при ИГУ, ир.офсч^сор^< * 1 ШпейзерГ.М

180. МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

181. Электронная почта (E-mail): sesoirk@chat.ru

182. Г Директору ООО НПП "Катализ"alexgl 7@irk.ru„