автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Интенсификация работы аэротенка с использованием избыточной энергии потока возвратного активного ила

ВВЕДЕНИЕ.

1 .ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ И СООРУЖЕНИЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АКТИВНОГО ИЛА.

1.1.Состав и свойства активного ила.

1.2.Кинетика ферментативных реакций биологического окисления и влияющие на нее факторы.

1.2.1. Влияние концентрации органических загрязнений на скорость биохимического окисления.

1.2.2. Основные фазы развития микроорганизмов активного ила.

1.2.3. Влияние температуры и реакции среды на скорость биохимического окисления.

1.2.4.Влияние кислорода на процесс биохимического окисления.

1.2.5 Влияние концентрации активного ила и гидродинамических условий в аэротенке на скорость биохимического окисления.

1.2.6. Влияние химических элементов на кинетику биологического окисления.

1.2.7.Регенерация активного ила.

1.2.8. Нитрификация и денитрификация.

1.3. Методы интенсификации работы аэротенков.

1.3.1. Повышение дозы активного ила.

1.3.2.Повышение эффективности использования кислорода.

1.3.3 .Совершенствование систем аэрации сточных вод.

1.3.4.Улучшение гидродинамического режима аэротенков.

1.3.5.Обработка иловой смеси физико-химическими методами.

Выводы.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МЕРОПРИЯТИЙ ПО ИНТЕНСИФИКАЦИИ РАБОТЫ АЭРОТЕНКОВ.

2.1. Технология утилизации избыточной энергии перекачиваемого насосами потока возвратного ила.

2.2. Насыщение активного ила кислородом воздуха.

2.3. Воздействие на активный ил повышенной турбулентности

2.4. Электрообработка активного ила.

Выводы.

3.ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ УТИЛИЗАЦИИ ИЗБЫТОЧНОЙ ЭНЕРГИИ ПОТОКА ВОЗВРАТНОГО ИЛА.

3.1. Объект исследований, программа и методика проведения лабораторных испытаний.

3.1.1. Объект исследований.

3.1.2. Описание установки для проведения лабораторных исследований.

3.1.3. Программа и методика проведения лабораторных исследований.

3.1.4. Методика проведения химических анализов.

3.2. Результаты экспериментальных исследований влияния параметров обработки иловой смеси в ЭГДУ на повышение ее ферментативной активности.

3.3.Результаты экспериментальных исследований влияния обработки иловоздушной смеси в ЭГДУ на изменение динамики процесса биологической сточных вод в опытном аэротенке

3.4. Оценки достоверности полученных экспериментальных данных. Разработка математической модели процесса активации иловой смеси при ее обработке по предложенной технологии.

Выводы.

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ТЕХНОЛОГОГИИ УТИЛИЗАЦИИ ИЗБЫТОЧНОЙ ЭНЕРГИИ ПОТОКА ВОЗВРАТНОГО ИЛА. :.

Выводы.

5.РЕКОМЕНДАЦИИ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ И МЕТОДИКА РАСЧЕТА УЗЛОВ УТИЛИЗАЦИИ ИЗБЫТОЧНОЙ ЭНЕРГИИ ПОТОКА ВОВЗРАТНОГО ИЛА. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТ ВНЕДРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ УТИЛИЗАЦИИ ИЗБЫТОЧНОЙ ЭНЕРГИИ ПОТОКА

ВОЗВРАТНОГО ИЛА.

ВЫВОДЫ.

На современном этапе развития водопроводно-канализационного хозяйства одной из наиболее сложных инженерных задач, направленных на улучшение экологической обстановки в различных регионах страны и охрану водоемов от загрязнений, является реконструкция и перевооружение сооружений по очистке городских и производственных сточных вод.

Решение проблемы защиты водоемов от загрязняющих веществ во многом определяется эффективностью систем и методов биологической очистки, которые имеют несомненные технологические и экономические преимущества по сравнению с известными физико-химическими методами при обработке хозяйственно-бытовых и основной массы производственных стоков. В настоящее время метод очистки сточных вод активным илом в аэротенках является наиболее универсальным и широко применяется при обработке стоков, содержащих органические примеси различного происхождения.

Необходимо также отметить, что, несмотря на хорошую изученность и достаточно длительную историю применения, резервы метода биологической очистки сточных вод активным илом далеко не исчерпаны.

Дополнительное обогащение иловой смеси кислородом, интенсификация массообмена, использование высокоактивных иловых культур, стимуляторов биохимического окисления, применение различного рода усовершенствованных аэротенков и вспомогательного оборудования позволяет в несколько раз повысить производительность метода биологической очистки. Большое значение при этом имеет снижение общих энергозатрат на очистку сточных вод в аэротенках. В частности, следует уделить особое внимание утилизации энергии потока возвратного активного ила, который перекачивается из вторичного отстойника в аэротенк при помощи центробежных насосов. На существующих станциях биологической очистки поток возвратного активного ила подается из вторичного отстойника сначала в иловую камеру для гашения избыточного напора, а затем самотеком распределяется по аэротенкам. Избыточная энергия активного ила может быть использована для насыщения последнего кислородом воздуха, улучшения массообменных характеристик иловой смеси. Дополнительная стимуляция возвратного ила физическими методами (в частности электрическим током) позволяет значительно улучшить микробиологический состав ила, интенсифицировать обменные процессы в его клетках, и в конечном итоге улучшить качество очистки сточных вод в аэротенке.

Целью данной работы является разработка технологии активации потока возвратного ила путем утилизации его избыточной энергии при последовательной обработке в эжекторе и электрогидродинамическом устройстве (ЭГДУ) для интенсификации биологической очистки сточных вод в аэротенках-вытес-нителях.

Научная новизна заключается:

-в разработке нового метода активации возвратного ила за счет совместного воздействия на него электрического тока и кислорода воздуха при враща-тельно-поступательном движении потока иловоздушной смеси в стволе электрогидродинамического устройства;

- в определении степени влияния конструктивных и технологических характеристик ЭГДУ на процесс активации иловой смеси и последующей биологической очистки сточных вод в аэротенке;

- в получении аналитических зависимостей, адекватно описывающих кинетику процесса интенсификации биохимической очистки сточных вод при их контакте с активированной иловой смесью и позволяющих определить конкретные параметры, характеризующие качество очищенных сточных вод.

Практическая значимость работы:

- предложена и апробирована в промышленных условиях новая технология активации потока возвратного ила путем утилизации его избыточной энергии при последовательной обработке в эжекторе и электрогидродинамическом устройстве (ЭГДУ), позволяющая интенсифицировать процесс биологической очистки сточных вод в аэротенке-вытеснителе;

- разработаны рекомендации к проектированию и расчету аппаратурного оформления предложенной технологической схемы. 7

Практическая реализация. Технология утилизации избыточной энергии потока возвратного активного ила внедрена на канализационных очистных сол оружениях г.Заречный Пензенской области производительностью 35000 м /сут. Подтвержденный среднегодовой экономический эффект от внедрения составил более 1170 тыс.рублей в ценах 2002 года.

Апробация работы и публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ. Получено положительное решение по заявке на патент № 99115810 от 28.07.1999 «Устройство для аэрации жидкости». Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на пятнадцати всероссийских и международных конференциях в г.г.Пензе, Томске, Кемерово в 19982002 г.г.

Ill ВЫВОДЫ:

Анализ отечественных и зарубежных литературных источников показал, то из всех методов интенсификации работы аэротенков наиболее простым, не-нергоемким и не требующим существенных капитальных вложений является етод активации иловой смеси путем воздействия на нее ряда физико-имических факторов: электрического тока, повышенных концентраций кисло-ода, повышенной турбулентности.

2.Предложен новый способ активации потока возвратного ила за счет тилизации его избыточной энергии при последовательной обработке в эжекторе и электрогидродинамическом устройстве (ЭГДУ), конструкция которого позволяет существенно интенсифицировать насыщение иловой смеси кислородом воздуха в процессе вращательно-поступательного движения, сопровождаемого повышенной турбулентностью и провести электростимуляцию в системе соос-ных электродов.

3.Доказано, что электрообработка иловой смеси в электролизере с соосной системой электродов позволяет предотвратить возможность одновременного нахождения хлопка ила в анодной и катодной областях и устранить эффект подавления активности иловой смеси, возникающий за счет чрезмерной электростимуляции, что характерно для традиционно используемых плоскопараллельных электродных систем.

4.Изучено влияние напряжения поляризации электродной системы ЭГДУ, величины силы тока и удельного количества электричества, пропущенного через иловоздушную смесь, скорости потока через ствол ЭГДУ и времени обработки на дегидрогеназную активность иловой смеси при ее последовательной обработке в эжекторе и ЭГДУ.

5.Показано, что наиболее значимое увеличение активности иловой смеси в процессе ее последовательной обработке в эжекторе и ЭГДУ происходит при скорости протока через ствол устройства 1,5-2,5 м/с и удельном количестве j д * v электричества, пропущенном через иловую смесь (15-S-24)-10 —г. Величина м константы скорости биохимического окисления органических загрязнений в процессе активизации иловой смеси увеличивается в 1,4-2,2 раза.

112

6.Разработана математическая модель, адекватно описывающая процесс по-ышения активности иловой смеси при ее обработке по предложенной техноло-ии.

7. Технология утилизации избыточной энергии потока возвратного ила вне-рена на КОС г.Заречный Пензенской области производительностью 35000 3/сут. В результате промышленного внедрения предложенной технологии онцентрация загрязняющих веществ на выходе с очистных сооружений денынилась по показателям : ХПК в 1,7-2,4 раза, Б ПК в 1,4-2,2 раза, азот ам-онийный в 2,1-2,7 раза, фосфаты в 2,6-3,2 раза. Иловый индекс уменьшился в

1,4 раза, прирост активного ила сократился в 1,8 раза.

Подтвержденный среднегодовой экономический эффект от внедрения со-тавил более 1170 тыс. рублей (в ценах 2002 г.).

1. Андреев С.Ю., Хазов С.Н. Новая технология активации потока возвратного ила. Материалы международной научно-практической конференции «Гидротехническое строительство, водное хозяйство и мелиорация земель на современном этапе» .Пенза, ПДЗ, 1999.

2. Арутюнян К.Г.Технология очистки сточных вод в аэротенках-отстойниках.- В.кн.:Городская канализация.М.:АКХ им.Памфилова, 1968, вып.56, № 4.

3. Базякина H.A. Очистка концентрированных промышленных сточных вод. -М.: Госстойиздат, 1958.

4. Болотина О.Т. Состав и свойства активного ила в условиях регенерации. Водоснабжение и санитарная техника, 1960. №10.

5. Бондарев A.A. Биологическая очистка промышленных сточных вод в аэротенках с флотационным илоотделителем. Труды института ВОДГЕО. Сооружения и технологические процессы механической и биологической очистки промышленных сточных вод.-М.:, 1981, с.3-10.

6. Бондарев A.A., Корнеева Е.А., Троян О.С., Шеломков A.C. Интенсификация биологической очистки сточных вод с использованием гидродинамических излучателей. Труды института ВОДГЕО. Сооружения для очистки сточных вод и обработки осадков. -М.:, 1987, с.42-45.

7. Бондарев A.A. Биологическая очистка промышленных сточных вод от соединений азота/ Дисс. доктора техн.наук. -М.: ВНИИ ВОДГЕО, 1990.-401 с.

8. Вавилин В.А., Васильев В.Б. Математическое моделирование процессов биологической очистки сточных вод активным илом.-М.:Наука, 1979.-118 с.

9. Воронов Ю.В., Соломеев В.П., Ивчатов А.П. и др. Реконструкция и интенсификация работы канализационных очистных сооружений. М.: Стройиз-дат, 1990.-224 с.

10. Гаврина Е.В. Разработка и исследование высокоэффективных конструкций аэраторов пневматического типа для биологической очистки вод./Диссертация канд.техн.наук.-Пенза:ПГАСА, 2000.-128 с.

11. Гришин Б.М., Андреев С.Ю., Хазов С.Н. Интенсификация работы аэ-ротенков путем утилизации энергии потока возвратного ила. Материалы XXX Всероссийской научно-технической конференции. Пенза, ПГАСА, 1999.

12. Гришин Б.М., Андреев С.Ю., Хазов С.Н.Новая технология активации потока возвратного активного ила. Материалы научно-практической конференции «Строительство и экология». Пенза, ПДЗ, 1999.

13. Гришин Б.М., Андреев С.Ю., Хазов С.Н. Интенсификация работы аэ-ротенков путем активации потока возвратного активного ила. Тезисы научно-технической конференции «Архитектура и строительство». Томск, ТГАСУ, 1999.

14. Гюнтер Л.И., Запрудский Б.С. К выбору математической модели процесса биохимической очистки сточных вод. «Микробиологическая промышленность», №5, 1971.

15. Евилевич М.А., Брагинский Л.Н. Оптимизация биохимической очистки сточных вод. -Л.: Стройиздат. Ленингр.отделение, 1979.-160 с.

16. Иванов В.Н., Угодчиков Г.А. Клеточный цикл микроорганизмов и гетерогенность их популяций. Киев, Наук.думка, 1984, 280с.

17. Иерусалимский Н.Д. Основы физиологии микробов. -М.: Изд.АН СССР,1963.

18. Иерусалимский Н.Д. Биохимические основы регуляции скорости роста микроорганизмов. Известия АН СССР. Серия биологическая, 1967,№3.

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

20. Карелин Я.А., Репин Б.Н. Биохимическая очистка сточных вод предприятий пищевой промышленности. -М.: Стройиздат, 1974.-163 с.

21. Кафаров В.В. Основы массопередачи.-М.:Высшая школа, 1976.

22. Лукиных H.A., Терентьева H.A., Залётова H.A. Применение напорной флотации в очистке сточных вод. -Экспресс-информация / МЖКХ РСФСР, сер.: Водоснабжение и канализация, 1976.№5.

23. Маликова О.Я. Повышение эффективности работы коридорных аэро-тенков.-В кн.:Наука и техника в городском хозяйстве.Киев: Буд1вельник, 1977, вып.35, с.67-72.

24. Никифорова Л.О. Изменение электрокинетического потенциалапо-верхности активного ила при его отстаивании. Тр.института ВОДГЕО. Совершенствование методов биологической и физико-химической очистки производственных сточных вод.-М.:ВНИИ ВОДГЕО, 1990.

25. Паттон А. Энергетика и кинетика биохимических процессов. -М.: Мир, 1968.

26. Перт С. Основы культивирования микроорганизмов и клеток. М.: Мир, 1978,331с.

27. Печуркин Н.С., Терсков И.А. Анализ кинетики роста и эволюции микробных популяций (в управляемых условиях). Новосибирск, 1975, 240с.

28. Попкович Г.С., Репин Б.Н. Системы аэрации сточных вод. -М.: Стройиздат, 1986.-136 с.

29. Проскурякова Н.С. и пр. Кинетика изъятия загрязнений сточных вод и субстрата активным илом.-В кн.:Наука и техника в гор.хоз-ве.Киев: Бу-д1вельник, 1977, вып.35, с.43-54.

30. Синёв О.П., Мацнев А.И., Игнатенко А.П. Расширение и реконструкция очистных сооружений. -Киев: Будивельник, 1981.-44 с.л--.

31. Синёв О.П. Интенсификация биологической очистки сточных вод. -Киев: Техника, 1983.-110 с.

32. Скирдов И.В. Исследование и разработка методов интенсификации работы сооружений биологической очистки сточных вод. Диссертация доктора технических наук. -М.:, 1976,400 с.

33. Скирдов И.В., Бондарев A.A., Швецов В.Н. Основы проектирования и расчета сооружений биологической очистки сточных вод. Труды института ВОДГЕО. Совершенствование методов расчета сооружений по очистке сточных вод и обработке осадков. -М»:, 1983, с.5-15.

34. СНиП 2.04.03-85 Строительные нормы и правила. «Канализация. Наружные сети и сооружения. -М: ЦИТП, 1986.-72 с.

35. Справочник проектировщика. Канализация населенных мест и промышленных предприятий. Под ред. В.Н.Самохина. 2-е изд. -М.: Стройиздат, 1991.-693 с.

36. Ткачук Н.Г., Земляк М.М., Никитин Г.А. Выяснение возможности интенсификации ферментативной активности микрофлоры ила ультразвуком. В сб.: Микробиология очистки воды. Тезисы докладов Всесоюзной конференции. Киев, 1982,198 с.

37. Ткачук Н.Г. Интенсификация роста и ферментативной активности микроорганизмов ила очистных сооружений электрическим током и ультразвуком: / Диссертация канд.техн.наук. -Киев: КТИПП, 1983.-152 с.

38. Уэбб Ф. Ингибиторы ферментов и метаболизма. -М.: Мир, 1966.

39. Хеттлер Ф.Технология биологической очистки городских сточных вод в шахтных аэротенках:Автореф.дисс.канд.техн.наук.-Ленинград, 1985, 1985.24 с.

40. Хидзо Ф., Фукуда И. Усовершенствование аэротенка за счет увеличения его глубины/пер.с яп.№ -5810 УкрНИИТИ/,-«Есуй тохайсуй»,т.16,№ 9, 1974,с.959-964.

41. Яковлев В.А. Кинетика ферментативного катализа. -М.: Наука,1965.

42. Яковлев С.В., Скирдов Ии.в., Щвецов В.Н. Применение технического кислорода для биохимической очистки сточных вод.-Водоснабжение и санитарная техника, 1972, № 4, с.8-12.

43. Яковлев С.В., Карелин Я.А., Ласков Ю.М., Воронов Ю.В. Очистка производственных сточных вод. -М.: Стройиздат, 1979,-320с.

44. Яковлев С.В., Карюхина Т.А. Биохимические процессы в очистке сточных вод. -М.: Стройиздат, 1980.-200 с.

45. Яковлев С.В., Скирдов И.В., Швецов В.Н. Биологическая очистка производственных сточных вод. Процессы, аппараты и сооружения. -М.: Стройиздат, 1985,-208 с.

46. Яковлев С.В. Научно-исследовательские работы в области очистки природных и сточных вод.- Водоснабжение и санитарная очистка, 1986,№ 1, с.2-4.

47. Яковлев С.В., Карелин Я.А., Ласков Ю.М., Калицун В.Н. Водоотведе-ние и очистка сточных вод. -М: Стройиздат, 1996.-591 с.

48. Andrews G.F., Chi Tien., An Analisis of Bacterial Growth in Fluidized -Bed Adsorption Colomn. AIChE J., Vol.28, №2, p. 182-189, March, 1982.

49. Cooper P. Biological fluidized bed treatment for Water and Waste Water. «Water Serv.», 1980, 84, №1014.

50. Gandy A.F., Vanng P.V., a Obayashi A.W. Studies on the total oxidation of activated sludge with and without hydrolytic pretreatment. J.W.P.C.F.,1971,1,43, 40-53.

51. Нашшег M.J. Water and Waste Water Technology.-by John Willey Sons. Inc., 1975, p.400.

52. Roper R.E., Grady C.P.L. A model for the bio-oxidation process which incorporates the viability consept.-Water Res., 1974, 8, №7, p.471-483.

53. Rittman B.E., Mc.Carty P.L. Model of steady-state-biofilm kinetics. «Biotechnology and Bioengineering»,vol.22, p.2343-2357.

54. Turai L.L., Parkinson C.M.,Hornor S.A., Mitchell MJ.Effect of ultrasound on the biological of bacteria used in waste water treatment. TAPPI,63,7,81-85,1980.120