автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Интенсификация работы биологических окислителей

ГОССТРОИ СССР ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ КОМПЛЕКСНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИП И КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ВОДОСНАБЖЕНИЯ, КАНАЛИЗАЦИИ, ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИИ И ИНЖЕНЕРНОЙ ГИДРОГЕОЛОГИИ (ВНИИ ВОДГЕО)

На правах рукописи УДК 628.356

ВОРОНОВ Юрий Викторович

кандидат технических наук

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ РАБОТЫ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОКИСЛИТЕЛЕЙ

(05.23.04 — водоснабжение и канализация)

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук в форме научного доклада

Сг

V

ч^ А

МОСКВА 1989

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительном институте им. В. В. Куйбышева.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор И. В. СКИРДОВ

доктор технических наук, профессор Б. Г. МИШУКОВ

доктор технических наук, профессор С. Н. ЛИНЕВИЧ

Ведущая организация — Государственный проектный институт СОЮЗВОДО КАНАЛ ПРОЕКТ

Защита диссертации состоится « » 1989 г.

в часов на заседании специализированного совета

Д 033.05.01 при ВНИИ ВОДГЕО.

Заверенные отзывы в 2-х экземплярах просим присылать по адресу: 119826, Москва, Комсомольский пр., 42, ВНИИ ВОДГЕО.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИ ВОДГЕО.

Разослано « » 1989 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

О. В. ДЕМИДОВ

ОШАЯ ХАРАКТЕРИСТ!ЖА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Охрана окрухаадей среда и рациональное использование природных ресурсов - актуальная дроблогл сор.ременно-сти, неразрывно овяэанная с решенязм экономических и социальных задач, отовдих перед обществой. В материалах ХХШ съозла КПСС и поаледующих постановлениях ЦК КПСС и Совета Кшшстров СССР лреду-сыотрена широкая программа мероприятий по охране окружающей сроки. Одним вз.важнейших природных ресурсов является вода, чистота которой гарантирует здоровье людей, а обилие - темпы развития промышленности и сельского хозяйства. В экономическом и социальном развит на засей страны важная роль отводится разработке и осуществления в каждой отрасли комплексных программ модернизации производства. Техническое перевооружение и реконструкция станций по очистке производственных и городских стрчних вод - слохная янхеногная за- • дача, решение которой обеспечивает улучшение экологической обегано екн в различных регионах, охрану водоемов от загрязнения и истощения. Количество сточных вод, поступающих на станции аэрашга и биофильтрапим. во икогих случаях прешпает их проектнув пропускную способность, что снижает эффективность очистки, сдерживает тейпы жилищного строительства. Реконструкции действу тих очистных стан- . ций следует осуществлять одновременно о внедрет(вм интенсивных технологических процессов очистки и высокопроизводительных сооружений, обеспечиващих увеличение пропускной способности, эффективности к.надежности в работе станций, а также рациональное использование земельных площадей.

В настоядее время и на перспективу значительная роль отводится биологический методам очистки городских и производственных сточных вод, как наиболее экономичным, простым и надежным., Одним из двух основных типов биологических окислителей являютоя биофильтры. С конца 50-х годов число строящихся биофильтров стало уменьшаться,

что было вызвано рядом причин: неинлустргалыюстью юс строительства; малой ароизюдателькостью; ненадежностью работы при перегрузках и др. Это привело к тому, что станции биофильтрации, работая в режиме, превышающем их пропускную споообнооть, не обеспечивают требуемой степени очистки, загрузочный материал биофильтров эабиваотоя прирастающей биопленкой и они выходят из строя. Это свидетельствует об актуальности проблемы модернизации таких .станций.

Цель работы. Целью выполненной работы является научное обоснование, разработка, исследование и внедрение новых высокопроизводительных, эффективных и надежных б работе конструкций биологических окислителей и технологических схем предварительной и полной очистки производственных и городских сточных вод, применение которых целе-• сообразно как при новом строительстве, так и при реконструкции действующих очистных сооружений о прикрепленной и свободно плаваодей микрофлорой за счет использования плоскостных загрузочных материалов. Объектом исследований были городские и производственные сточные воды химической, целлюлозной, пищевой, гидролизной, текстильной, химико-фармацевтической и других отраслей промышленности.

Работа выполнялась по планам важнейшей тематики IboKÖMifroTa

. ■ ■ t ■ ■

Совета Министров СССР по науке и технике, 1Ъсстроя СССР, отраслезых союзных л „республиканских министерств и ведомств, а такие ло хоздоговорам с промышленными предприятиями.

Работа выполнялась на кафедре канализации ШСИ им. Б.Б. 1фИбы-шева под руководством и при участии автора диссертации в течение 1963-1988 г.г. Б исследованиях по отдельным разделам принимали участие аспиранты Саломеев В.П., Макаренко З.П., Коваленко В,П., Ивчатов,А.Л., Негода Л.Л., научным руководителей которых быд автор диссертации, а также инженеры Абдулов А.Б., Меликота O.K., Побе-гайло Ю.П.,'Круглота И.С.,• Таран Л.Г., ЮЫкевич Ф.Н. Автор считает своим долгом поблагодарить академика АН СССР C.B. Яковлева, много-

[отнял со шест на я работа с которым определила направление научной теягельности автора и теод настоящей диссертации, а также зав. сафедрой канализации, проф. О.М. Ласкова и сотрудников кафедры. 1а помощь, оказанную при выполнении работи.

Научная яовйзиа работы заключается в следующем:

- обобяены результаты исследований биофильтров о объемной загрузкой, теоретически я практически обоенозано перспективное направление по созданию нових, высокопроизводительных биологических ¡жкелвтвлей - биофильтров с плоскостной загрузкой (ШЗ), оОладапдих развитой шюиэдио поверхности и оОэслечиааодих благоприятные условия жизнедеятельности прикрепленных биоценозов {биоллешеи);

- изучены гидродинамические и массообиекные параметры ШЗ,био-генка; определен характер движения сточной жидкости в биофильтрах; изучена динамика прироста бкомарсы в различных видах биоокиелкте-лей и устойчивость работы биофильтров в стрессовых технологических ситуациях;

- разработаны новые технологические процессы и схемы биологической очистки городских, к производственных сточных вод;

- созданы новые типы выооколроизвопктелышх биологических окислителей, применение которых перспективно как при новом строитель-, ства, так и при реконструкции действующих очистных сооружений о цдльп интенсификации их работы;

- разработаны методы расчета ШЗ и других б иоо кислит ел ой;

- показана возможность использования оросителей градарэн систем оборотного водообеслечения промышленных предприятий для биодегра дации органических загрязнений, содержащихся в оборотных водах.

Научная новизна работы подтверждается 17 ангорскими свидетельствами на изобретения, 4 положительными решениями ВНЖИЭ.

Практическая ценность и внедрение результатов работы. Предложена и проверена в промышленных условиях-высокопроизводительная, на-

деавая и эффективная технология очистки городских и производственных сточных вод о использованием БПЗ, применение которой обеспечила от снтшекио капитальных и эксплуатационных затрат. Предложены и проверены в производственных условиях технологические схемн реконструкции дойствуидкх станций биологической очистки, обеспэчивагарю интенсификацию их работы и значительный экономячвскв£ эффект,

ОбоОадшше результаты работы реализованы в СНиПе П-32-74 и • 2.04.03-85 "Канализация". Нарукнке сети и сооружения" (раздел "Биофильтры с пластмассовой загрузкой"); четырех отраслевых стан-'даргах по проектированию и эксплуатации очистных сооружений; во временных указаниях ш проектированию очиотних сооружений сельских населенных мест (CS-392-69); справочнике проектировщика "Канализация населенных мест и прошиленних> предприятий" (1981 г.). Результаты исследований автора использована проектными организациями: Союзвоаэканаллроектом, Союзпрошфоектом, ЦШИЭП инженерного оборудования, Гипромедпромом и да. для разработки типовых и технических проектов Ы13 и станций биофпльтрации производительностью от* 200 да 50000 м^/сут. Автором выдано более 40 рёкошндаций на проектирование и реконструкцию соорукений. во биологической очистке сточных вод от городов, поселков, объектов отдыха, промышленных предприя^-' тий. Рад сооружений завершены строительством и успешно эксплуатируются. Эконоюкесккй э&|«кт от внецренкя составил 1,2 млн.руб.; ожидаемый*- 2,6 млн.руб. При применении технологических схем очистки сточных вод с БПЗ пропускной способностью 200; 1400; 4200 и 25000 ы/суг годовой экономический эффект по сравнению с другими видами биоокислителей составляет 6; 10; 14 и 75 тыс. руб. Поскольку объемов с диапазоном расходов 200-1400 ií/сут на территории СССР насчитывается около 100 тыс., то при массовом строительстве биофильтров с пластмассовой загрузкой следует ожидать весьма значительный эконошчешгаЯ эффект, В соответствии о Постановлением ЦК КПСС и. Совета: Министров СССР984 (1978 г.) ежегодна! выпуск

пластмасса для загрузки биофильтров о 1985 р. должен составить Ю-20 тыо. т (црилокенио 3 п. II), Подовой экономический эффект при применении такого количества пластмассовой загрузки ориентировочно долкен соотакггь 6 млн. руб.

Постановлением Госотроя СССР'Я 233 (1937 г.) бкофш>трк с пластмассовой загрузкой включены в перечень оснойшх, разработанных, прогрессивных сооружений и технологий дал очистки сточных вод. В на стояков время па трех предприятиях налаживается изготовление дластазассовой загрузит дяя биофильтров. Отлпо-аротптенная партия загрузки, изготовленная на Загорском опытном заводе пластмасс, проаяа кекведрнстБанные испытания в ноябре 1384 г.

Результаты исследований использовали такхе к в учебной процао-се при написании а Егором совместно о сотрудниками кафедры кшва-

■ I .... •

зациа Ш1СИ rai. В.В. Щбыгага учебных пособий для вузов "Очистка производственных сточных вод" (1979, IS85 г.г.), "Пргиеры расчетов канализационных сооружений" (1981, 1987 г.г.г), "Прхшэры расчетов биофильтров и станций биофильтрами" (1983 г.) л др. Они нашш отраженна в читаемом дассертантои для студентов курсе дасдаплпяы •"Технология очистки сточных вод". -

На задитт выносятся; результаты теоретических и экспериментальных исследований по интенсификация работы существующих видав биологических окислителей, а гакяе закоиоиерностей процессов схисле-нкй органических загрязнений микроорганизмами, иммобилизованными на поверхности плоскостных загрузочных материалов в биофильтрах;

результаты теоретических ц экспериментальных исследований новых видов биологических сооружений (БПЗ, биотенк, аэротенк с инертный заполнителем, биофильтр-восстановитель); ■

результаты технологических исследований процессов биологичеокой очистки городских и производственных сточных вод на БПЗ;

результаты комплексного решения вопросов очистки городских

- е -

и производственных сточных вод на биологических о ки слит елях, позволяющих интенсифицировать их работу при логом строительстве и реконструкции станций аэрации и биофильтрации.

Личный вклад актора. На основании анализа литературных данных и опыта очистки сточных вод на биологических окислителях сформулированы основные направления исследований, обеспечивающие совершенствование существовавших конструкций биофильтров и аэротенкоьс цель» интенсификации их работы. Научно обоснованы необходимые конструктивные изменения в биофильтрах, обеспечиваицие значительное повышение юс производительности и надежность в работе. Предложена классификация биофильтров то виду загрузочного материала. Разработаны технологии очистки городских и производственных сточных вод на БПЗ; ноше вида биологических окислителей; новые вида плоскостных загрузочных материалов для биофильтров; методы расчета БПЗ и новых видов биологических окислителей. Под научным руководством и" непосредственном участки автора диссертации разработаны технологические схемы очистки при реконструкции действующих станций аэрации и биофильтрации; нормативные документы, регламенты и рекомендации . но проектированию, строительству, эксплуатацик и реконструкции очистных станций; осуществлялся авторский надзор за строительством ' и опытной эксплуатацией очистных сооружений.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и были одобрены на всесоюзных научно-технических конференциях и симпозиумах в г.г. Москве (1971); Пущино (1975, 1980, 1985); Таллине (1979); на республиканских и региональных конференциях и семинарах в г,г. .Москве (1964, 1966, 1969, 1972, 1386), Перми (1966), Каунасе (1970, 1979, 1989), Гродно (1974), Душанбе (1975), Черкеске (1975), Риге (1975, 1978, 1935), Тбилиси (1980), Сухуми (1982), Ьуйбышеве (1986); на вузовских научно-технических конференциях в г.г. Харькове (1964), Хабаровске (1971), Одессе (1973), Киеве

я,' - э -

(1974), Иркутска (1975), Дусшбв (1976), Куйбышева (1982), Шскво (1954-1988 ъ ШСИ). Всего оделаяо в5 докладов и сообщений. ' Работы автора по тема диссертации 5 раз демонстрировались ка ВДНХ СССР, эисадиаты отмечены дипломами и медалями..

Пу&дткагощ. Материалы диссертационной работы опубликован« в 80 статьях и в монографии "Вздлогичоскиа фильтры", Еыдержавией дез издания (1975 и 1932 г.г,.), а также изложены в 25 отчетах по научно-исследовательским работай, выполнении па кафедре глвалнэадии 1ВДСИ им, В;В. ЭДЙбысэса под научным руководством и при непосредственном участия автора. Научные разработки а агора заадоки 17 автореккмз свидетельствами л 4 пойгетельнкмя решеаияд ВШитГПЭ, а гакаа ваттептотни в СПИ, Фракция, Швешш.

ООДЕШКИЗ РАБОТЫ ' I. Очистка сточных вод на.биофильтрах Большй вклад в создания п развитие теории биологической очистки сточянх год з конструирования биологических окислителей вяеелл Еазякина H.A., Безенов В.В,, Калабяпа M.Ü., Корольков К.Н., Николаев H.H., Постников И.С., Роговская Ц.И.. Строганов С.Н., 'Ши$рая Ü.M., Пушкин З.Н. а др. Исотадаваная по ооЕорЕвнствовашш техноло-гкА'бкофвльтрация я конструкций биофильтров проводятся л МИШ; ВШИ ВОДШЭ (Яковлев C.D., Скирдов Н.Б., Швецов В,Н. я др.); ЛИСИ ■ (Цкэутаи В.Г., $оо&шов D.A. и др.); КИСИ (Таоартдаладае И.М.); ОИСИ (Дмтриавсюй Н.Г.); ГЪлтавскнЭ ИСИ (Василенко D.H.); в других вузах, НИИ и лабораториях.

Автором диссертации бала предложена классификация биофильтров, по конструктивным особенностям загрузочного материала, в соответствии с которой все сущестпуодие биофильтры делягой па два вида:

1 - с объемной загрузкой (капельные, высоконагрунавмне, башенные);1'

2 - о плоско« вой загрузкой (явоткой аасыпюй, аесткой блочной; МЯГКОЙ). : ' ■ '

- ю - '

Вюфильтры о наст кой засыпкой и мягкой загрузкой рекомендуется применять при расходах сточных вод до 10 тис. ы^/сут, а о явсткой ; блочной загрузкой - до 50 тис. ы^/сут, •

1.1. Биофильтры с объемной загрузкой

Анализ работы станций с капельными и высоконагрунаемнми био- -фильтрами показал широкую область их применения, яри этом первые -в основном для очистки бытовых сточных вод, а высоконацзуяаэмые -такне и для очистки производственных сточных вод. Необходимо отметить, что сооружения работали надеина и эффективно лишь при соблюдении расчетных параметров их эксплуатации.

Неудовлетворительная работа биофильтров о объемной загрузкой, их малая производительность, иеиндустркальность строительства ограничивали область применения таких биофильтров в практике яроек-

' N "

тирования и строительства очистных соорукений.

1.2. Биофильтры с плоскостной загрузкой

Простота эксплуатации, малая энергоемкость биофильтров вызывала необходимость путей интенсификации их работы. S настоящее время в СССР и за рубеком имеет место тенденция использования в биофилъ- ••• трах вместо объемных засыпных загрузочных материалов новых, изготовленных на пластмассовых, керамических', аобестоцементяых и дру- 4 гих материалов и изделий из них, имеющих вид пространственных структур. Автором- диссертации впервые в СССР были начаты исследования пэ очистке производственных и городских сточных еод на биофиль- . трах с плоскостными загрузочными материалами; результаты атих 25 летних исследований приведены нижа. Впоследствии вопросами очистки сточных вод на БПЗ занимались в ЯИШ, ВНИИ БОЛГЕО и его Sa-ккнскок филиале. Кзиеканиями путей повышения производительности ■ биофильтров занимались зарубежные исследователи Левин, 1Ьльдаорд, Портер^ Хамлин, Минц, Дзерыан, Чишерфильд, Хеьшнг'ё др. Опит эксплуатации и результаты многочисленных исследований по очистке

с ■•■-■•■ ; . _ п .

Городских и производственных сточных вод на БПЭ, проведенных в СССР, ВНР, США., Франции, ФРГ п др. странах, свидетельствуют о перспективности применения таких биоокислителей, Усредненные данные зарубежного опыта эксплуатации ШЗ показывают надмгную их работу в диапазоне нагрузок по ШК от I до 15 кг/м® сут, при этом эффект снижения органических загрязнений составляет 40-90/2. 1 ; • 1.3. Комбинированные биологические окислители -;: В отечественной и оарубежяой практика ломимо двух основных видов био кислигелей применяются и комбинированные сооружения, имеодие признака аэротенков и биофильтров, в которых сглаживаются недастатй! обоих видов окислителей. Наиболее широко используются погружные вращаювдеоя биофильтры (дисковые, барабанные, ¡знаковые, трубчатые) и аэротенки оо стационарными или свободноплавающими инертника заполнителями, а также биореакторы, биотешш и др.. .

Погстяяые биофильтр». Анализ отечественных и зарубежных исследований и опыта эксплуатации дозволяют сделать вывод, что применение погружных биофильтров оптимально для очистки бытовых а производственных сточных вод о расходом до 500-1000 м^/сут; они просты в оксалуатадии, не требуют больгах перепадов высот при двтаении вода, выдерживают залповые поступления сточных вод, обеспечивают существенную экономив энергоресурсов (в З-б раз по сравнению о аэротенкями),

Аэ рот*? яки с наполнителями, в 50-ыа года С.Н. Скадавсккм било обраяено внимание на биоценозы обрастаний, образующихся на решетчатых конструкциях, помещенных в водоеме, и предложено использовать их как способ биологического разложения органических веществ, находящихся в водкой среде. В дальнейкем этот принцип был использован а аэрацкошт сооружениях, путем установки в них стационарных . плоскостных и волокнистых загрузочных материалов пли введения ово-бодноллававдях инертных наполнителей. Результаты исследований, по-

- 12 - -'-г-;;';

лученные ю ВНИИ ВОЕГЕО; ШСИ, ЛИСИ, Макеевским ПСИ и'др. показали, что окислительная мощность (ОМ) таких комбинированных ооору- ; гений .в 1,5-2 раза преваоала Ш контрольних.

Б'юпеактосн. Одним из методов увеличения производительности ., биологических окислителей является применение колкозераастих, гранулированных фракций загрузочного материала, имещих площадь да-верхности до 800-4000 ы2/«3 в находицихся в неподвижном, дадвиянои или поевдооаиженкоы состоянии. Установки отличается компактноотьв, высокой произ водат ельно ст ью. эффективностью работы; концентрация биомассы в реактора достигает 10-40 г/л, ОМ по снятой ШК до 5-15 кг/ы^сдгт, а аффект очистки да 90-95/5, 1.4. Задачи исследований Ца основании анализа литературных данных со состояшт т середину 60-х годов, а также результатов последующи отечественных и аарубешшх исследований в области бкофальтращш бшш окормулк-роваяы следуадиэ задачи диссертационной работы: разработка технологии очиотки городских к производственных сточных вод на ШЗ; разработка технологических схем очистки при реконструкции ставвдй аэрации о целью интенсификации работы биологических окислителей; разработка новых, видов биологических окиолзлелей и затрузовтах материалов для биофильтров; создание» метода расчета ЕПЗ; разработка рекомендаций во проектированию, пуску, эксплуатации биофильтров о плоскостной загрузкой и исследование их работы в эястреиальних условиях.

2. Исследования работы ЕПЗ . • Исследрвшшя по очистке городских и производственных сточных . вод на БПЗ, а также на комбинировашок биоокиолителях, пршщидиа— льные схемы работы которых представлены на рио. -I, проводятся автором с 1963 г. ..■.■-■.••..',■

б)

i I

ООО со ocio '"О

ООО

od

ООО О о о оо

а)

Pao. I. Пршшшалыше схемы работы новых гидов бголоютэск-ипс о ка слит елей: а) баофильтр о плоскостной загрузкой; б) бло-тешс; Ь) бяо$шатр-восотошеттольгг)гогрузной бпофяяьтр; : д) агротецх о внертнш заидаптелсм.

а>

б)

100

00

60

40 0

——а M

О

щ щ

{

ц, кгА^.сут

150 Р, тД?.сут

200

Рис. 2. График»зазисголоста эффективности снзиекпя БШС^ (Э) от пагрузет го БПК5 (И) п. (Г).

2.1. Вюфнльтри о жесткой плоскостной загрузкой

В лродеосе исследований применялись пластмассовые, нерамиче- i ские, асбестоцемент кие, стеклянные, металлические загрузочные материалы и изделия. В результате лабораторных испытаний по очистке городских сточных вод на модели о-пластмассовой загрузкой высотой слоя Ни 1,3 и в диапазоне гидравлических нагрузок С^а 1,2-19,2 м^/м^сут, была определена оптималвая нагрузка да ШК^дд, равная 2 кг/м3 сут, при которой обеспечивается эффект снигешш органических загрязнений и взвешенных веществ около Э(#. ......

Была показана целесообразность применения ШЗ для очистки производственных сточ'нюс вод (красильно-отделочвая фабрика, химкомбинат , целлюлозное производство); при этом для обеспечения полно;.' биологической очистки требуется либо предварительная их обработка, либо разбавление бытовыми сточшши водами. Значительный объем исследований был выполнен на крупномасштабных уоташвках, , ■ сшнткрбванных на территории очистных сооружений г. Дзеряинского : (Московская обл.), а также г. Ордеоншшдзеабада (Тадаиксхая ССР), промышленных предприятий в г.г. Волгограде, Кадайняе, ф-асяодаре, (1965-88 г.г.). В табл. I представлены усредненные результаты этих исследований по очистке сточных вод: быт'овкх (Б), предприотий химической (X), гидролизной (Г) . химико-фармацевтической ($)-,отраслей: промышленности .на биофильтрах о жесткой блочной я засыпной, а так, .же мягкой* затру 8кой. В качестве загрузочных материалов использова-; лись пластмассовые изделия из полившшлхлорида (ПВХ), полиэтилена

• (ПЭ), асбаотоцемеягяые (АСБ) гофрированные листы, стеклоткань (ОТ), керамические кольца Равгага (КНР). В табл. представлены основные конструктивные данные загрузочных материалов и camnapno-xnmeciaie показатели неочищенных (Н) п очищенных (0) сточных вод.

Результаты полудроизводствеяных испытаний подтвердили высокую

• вроизЕодетель'нооть БПЗ по изъятию органических загрязнений. Техно-

Основные конструктивные данные я технологические показатели работы лолупроизьодстьонных установок ШЗ

Таблица I

Показатели

Материал

Быоота, м 5 >з Уд.поверхн, »Г/М" Пористость, .' Плотность, кг/м3 Объем, ыЗ Расход ст. вод, м^/сут

Гидр* натр., .

и^/м^сут

БПК5, н/о, мг/л

ХПК, н/о, ирй

Натр, по ЕПК5,

кг/м3сут Нага» по ШКд,

гДгсут

ОМ по снятой ШКс, иг/м^сут

Вид ст. вод .

Вид загрузки'

;сетатка;сл,волна:блочная:блочная:блочкая:блочная:пленка : сетка *. тдапь ;заснпяая:объемная

ПВ2 3.8 105 90 120

36,4

20,2

ш

13

Ш 52 1.в2

ПЗ 3,8 86 96 40

Гл9 38,7

20,4

2й 13 210 69 1,43

15.5 17,9

Асб. 3,4 5ё 80 -250' 10 • 125

Ш 7

357' 40

М

25

Асб. 4

56 80 500 4

22,5

12,5 5,6

ш

345 2105 1299 3,81

68

. 1,37 1,19 : 1,33 1,9 М Ы Б Г

вт. ПЭ

85 147 10,7 89

8,3

1015 517

.1453 8,4

97

4,1

Г

пвх

4.2 Й8 96 56 10,7 187

17,5

804 3022 2120 £4,5

191

ПЭ 4 100 97,5 24 4 65

16,5

т

355 7546 860 11,8

118

10,5 5,3 Г Г

ПВХ 3,5 40 99 6

1.76 17,6

10

25 16

0,95

24

СТ 3 100 95

65 ^

6,3

254 148

230 1,6

16

0,81 0,67 Б*Х С

ККР 3,8 100 73 570

32

16,8

122 12

242

90 •1,85

гравий

3.8 6$ 50 2000

1.9 8',4

4,4

ш

13 176 46 0,35

18,5 . 5,6 1,65 0,23 Б+Х Б*Х

логические показатели работы ШЗ па производительности в 4-5 раз

(

превышали аналогичные показатели биофильтра с объемной загрузкой при равноценном или более высоком эффекте очистки.

Исследования по очистке высококонцентрировапньи сточных вод гидролизного производства (начальная величина ШКд до 2-3 г/л) показали устойчивую работу ШЗ в диапазоне гидравлических нагрузок до Г?,5 при этом эффект очистки составлял 40-50?, о ОМ по снятой ЕПКд превыгша 10 кг/м®. СУГ* Случаев заиления ллоско-скостиой загрузки не наблюдалось, что свидетельствует о целесообразности использования ШЗ в качестве первой ступени двухступенчатой технологической схемы биологической очистки.

2.2. Биофильтры с мягкой плоскостной загрузкой Лт полу про кз во дет венных установок применялись пленки из ПВХ и 03, стеклоткань, полотнища которых подвешивались на крепешшх устройствах. Бо избежание "проскока" неочищенной сточной воды в во-•доотводящие лотки нижние торцы полотнищ поворачивались на 45-90° 1 по отношению к верхним, а сами полотнища пришшали оапралевидную . Форму. При нагрузке до ШКд,М = 1;кг/ы^сут, что в пересчете на • единицу дловдда поверхности загрузочного материала составляло Я » 24 г/м^сут, обеспечивалась полная биологическая очистка город-' еккх сточных вод. Высокая дроиз водит ельность была дэстигаута прл очистке высококонцентрированных сточных вод гидролизного производства при использовании в качестве загрузки полиэтиленовой пленки. Так, при нагрузке по БПКд около 12 кг/м3 сут аффект очистки составлял 50$, .■"'■■ ■■' V .По многолетним исследованиям автора, а такие зарубе&шщ данный*, представленным в виде массива экспериментальных точек (рис. 2а), прослеживается четкая заэковмость эффекта снижения 'ШКд от ввлачв-, ны органической нагрузки на . единицу объема загрузочного материала Ц. Усредненные' данные по эффективности очистки городских и произвол -

ствошшх сточных вод ряда отраслей проыкшеннооти (легкой, пвдо~ вой, нефтеперерабатывающей, химической, целлялозно-буыахноЯ, фармацевтической и др.) в завис®« от и от величины Р приведены та рис. 26. Анализ этих данных, позволяет сделать вывод, что величина 3 зависит в.основном от органической нагрузки, а состав загрязнений сточных вод суа^ст венного влияния не оказывает. Этот вывод позволяет'Использовать полученные данные при расчетах ШЗ для очистки других видов сточных вод, загрязненных ортничосетаи веществами.

3. Исследования комбинированных сооружений

• 3.1. Погружные биофильтры

Исследования по очистке городских сточных вод на одноступенчатой дискоеом биофильтре (диаметр дисков - 0,85 и; частота вращения - 6 мин"*, время контакта 0,7 ч; пропускная способность -10-15 м3/сут)показали, что при нагрузке по ШК5 2,2 кг/ь^сут ОМ

п

составляла 1,7 кг/исут. Имело место интенсивное и равномерное обрастание поверхности дисков, а видовой состав биоценоза практически не отличался от микрофлора биофильтров. При очистка сточных вод крахмального производства (БШ^щ « 600-1870 мг/л) яа парал-и барабанной (эадолнитель - синтетические волокна) биофильтрах эффект снижения органических загрязнений прв Бремена .; • контакта 1-10 ч ооставлял. 35-60?. Оодеряание растворенного кислорода в обрабатываемой сточной воде составляло 2,5-7 иг/д.

Оптималькыма конструктивными параметрами погружных биофильтров является: диаметр дисков - 2-3 и; расстояние иежду'даоками - 16-20 ин; частота вращения 1-Ю ишГ*. ■

Г Для расчета дисковых погружных биофильтров при»очистке хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод о начальной величиной ШКз неочищенных сточшх ¿од I., л500 мг/л в требуемой величине

БДКд очвденных сточных вод|.|> 15-^О иг/я предложен графоаналитиче-

-< - 18 -

ский метод, в основу которого положена функциональная зависимость

: . . а.

где К - величина нагрузки по ЕПК^ на 1»Г площади поверхности дисков, г/м^сут; {.* - температура сточных вод, °С.

В зависимости от исходной и требуемой величин С) и Ь^по рис.3,а определяется допустимая Нагрузка , а по рис.3,6 - коэффициент Ктл- Далее, зная расход сточных вод , определяем общую площадь поверхности дисков и их число 01 , исходя из площади

поверхности одного диска

= СЩ /Р К7П ; > = Д, . (2-3)

3.2 Аэротенки с инертными заполнителями Интенсивность процессов биологической очистки в азротенках в значительной мере определяется концентрацией активного ила. В то же время увеличение его дозы в классических конструкциях ( вытеснителях, смесителях) более 3 г/л снижает надежность и эффективность работы системы аэротенк - вторичный отстойник. Одним из возможных путей увеличения биомассы в аэротенке является введение в жидкую фазу инертных материалов, служащих основой для прикрепления и разви-' , тия[ш их поверхности колоний микроорганизмов, аналогично биопленке в биофильтрах. Автор с 1964' года занимался вопросами интенсификации работы аэротенкоа за счет использования стационарных плоскостных и свободноплавающих мелких фракций инертных загрузочных материалов. Работа лабораторных моделей и крупномасштабной установки ( =» 16-32 ы^/сут) осуществлялась в региыах без возврата и с возвратом активного ила. В качестве заполнителя использовались мелкие фракции поролона, резины и др., общий объем которых составлял 5 - 9 % емкости аэротенка. Высокий эффект очистки был получен цри дозе ила в жидкой фазе 3,5 - 5 г/л. При рьботе установки в режиме : без возврата активного ила (доза в жидкой фазе 0,07 - 0,5 г/л; на ЕАполнителе - 0,65 - 2,34 г/л) были получены весьма обнадеживающие

а) ..40

I 30

й 20 ж!

10 о

¿4

10 20 3§ Р , г/Ъг.суг

Ч» 7°

' 10°

1-13°

I» 16

- Рот. 3. Графзет завлссдоста а) Р «ГСЬх» 1 '4 " 100...200 ыг/лг 2 « 200... 300 кг/л; 3 -Ч^ *• 300...400 да/я? 4-1^» 400...500 кг/л5 ■6) VI Г ).

Рпс. 4. Гргйта эашашамял Са^СЦ/^)

\ X ц

>

4000 8000 12000 .. Ра,- гД?.оут

б 20 40 60 • Ра, Г/^.СТГ Рпс. 5.Графта зависимости эффекта очистки от органической нагрузит яэ ЕПКполп; Г - Э «I (Га>; % - Э - {(ГПУ.

• v - 20 - . результата, как по эффекту очистки, так а по производительности • аэротеш;а; скорость окнсленая составляла - 21-42 мг/г.ч. Для обео-' печения устойчивой работа сооружений БПКцддд поступающая сточных : юд не долаиа превышать 200 мг/л. Формирование биэяленки завершается через 15-45 суток, а ее концентрация составляет 40-60 г/м2. Введений в аэротенкв плоскостных пространственных модулой поз во-ляот увеличить дозу биомасса и уменьшать количество нитчатых бактерий в активном иле, тем самым обеспечивая более кадекную работу coopyzeffitf*. При конструировании аоротенков со свободноплававдими инертными материалами необходимо через каждый 5-6 и устанавливать поперечные сетки с размерами ячеек меньшими, чем фракции наполнителя, В основу раочета азротенков о инертными заполнит ел яш соло-sena известная формула' •

t -m-Lt)/p(t -Zja0 , с«,

где "t- период аэрации, ^Цюлн яэочвдеяньа и очищенных;

сточных вод, ыг/л; р - удельная скорость окисления, мг БШ^ущ aa ¡ I г беззольной биомассы в I ч; Z - зольность биомассы; общая доза биомассы, г/л

во-.К*0* * *.<*!. Г <5>

К»м.и1Сп- коэффициенты акпшнооти видового состава овободнаплава»-4 .'.щей'И прикрепленной биомасса (К»? I-I.5; 1-1,2);С^а Оя - ;■. доза овобо дно плавающей я прикрепленной биомассы, г/л

М г» - юза прикрепленного биоценоза, равна 40-60 г/м2 дри нсполь-аовашш стационарных шюокоатных заполнителей в 60-70 т/u2 - ори использования плаващит инертных заполнитудельная площадь аоворхности инертного заполнителя равна 10-60 м2/«^. 3.3. Биофильтры - восстановители . ' Наличве в производственных сточных водах неорганических кисло-' pttMi<x>x3psmzz ооедвненнй (хроматы, сульфаты я др.) нарушает рабо-

ту очистных сооружений и ухудшает санитарное состояние водоемов.

Результаты лабораторных исследо&аний по биохимическому восстановлению неорганических кислородсодержащих соединений (хромат калия и др.) на моделях герметически закрытых биофильтров с объемной и плоскостной загрузкой (рис. 1,в) показали, что в биофильтрах идет процесс восстановления этих соединений и концентрация химически связанного кислорода (ХСК) сникается на 52-85^. Производстелъно-, оть ИШ была в три раза выше, чем у биофильтра-с объемной загрузкой, обоспечиг лась также и более высокая степень изъятия ХСК. Эффективность процесса биохимического восстановления неорганических кислородэсодержадих соединений возрастает при увеличении соотношения начальных концентраций ШКд (Ц) и ХСК ( С,), которое долгою быть не менее 2; конечная величина ХСК ( С£) может быть определена по рис. 4. Исследования проводилась совместно с д.т.я.Корольковым В.Н. п сотрудниками его лаборатории. Полокктельные результаты были подучены при очистке хромсодержадах сточных вод гальванического цеха автозавода в затопленном, герметически закрытом биофильтре, заполненном мягким пористым материалом в виде отдельных мелких фракций. При соотношении производственных и бытовых сточных вод 1:1,5 и начальном содержании шестивалентяого хрома 75 мг/л, процесс его восстановления завершался за два часа. Эффективно процесс восстановления хроиатов идет в закрытых резервуарах, оборудованию: перемешивающими устройствами. Основными условиями нормального хода процесса восстановления является: герметизация маосы обрабатываемой смеси сточных вод и биоценоза от атмосферного воздуха, обеспечение биоценоза источниками питания, в качестве которых можно использовать бытовые сточные воды, избыточный активный ил и бгаплэяку.

■ 3.4. Биотегаш

Принципиальная схема работы биологического окислителя, имею. ^-щего признаки азротенка и I биофчльтра, разработанного автором ,

приведена на рис. 1,6. Емкости биотенка (БТ) работают как аэра-шюнние сооружения, где смесь активного ила и обрабатываемой сточной вода перемешивается и насыщается кислородом воздуха за счет энергии движения сточной года. Одновременно на паружны*'поверхностях емкостей образуется биояленка, которая.такяе участвует в переработке органических загрязнений сточных вод. Преимуществом ЕГ является отсутствие устройств для искусственной подачи воздуха и перемешивания смеси оточнкх юд и активной биомассы.

Лабораторные исследования по очистке городских сточных вод и . смеси их со стоками д^ллталозно-бумажного и химического комбината на модели с высотой рабочего слоя 1,6 м показали, что при яагруз-■ ке по Б1Ж5 1,4 кг/м3сут эффект очистки составляет 80^.

Результаты исследовании на полупроизшдственной установке БТ ((Х= 9-15 ы^/сут) с высотой рабочего слоя 3,8 м; объемом жидкой фазы Ю-29£; 18-30 ы^/м3, а также на комбинированной установке биотенк-биофильтр с решетчатой плоскостной загрузкой, свидетельствуют о*высокой производительности этой компактной установки. Так, в одной из серий опытов ОМ по снятой ШК^^ в пересчете на объем ккдкости в аэраидошшх элементах достигла 10 кг/и^сдт при нагрузке 18,7 кг/м^сут. Быоокая произгодительность БТ объясняется значительной концентрацией биомассы в установке (в верхней зоне около 40 х/л, в' средней - 25 г/л; в ¡пашей - около 20 г/л по сухому веществу).

Кндустриальность строительства БТ, его технологические и экономические прэимущества позюляет рекомендовать БТ в качестве первой ступени двухступенчатой схемы биологической очистки, а также для локальных сооружений на промышленных предприятиях.

Расчет биотенков производится.графоаналитическим методом; в * зависимости от требуемого эффекта очистки по рис. -5 определяются . допустимые органические нагрузки по объему жидкой фазы ( Р^ )

до свободной поверхности (^п) в биотенке, общую нагрузку (^¿у ) и объем биогеяка:

, о)

где ^/х«.- объем, занимаемый жидкой фазой в биотенке, в долях единицы от общего объема.

Дня достижения необходимой степени очистки до 70-75Й высота слоя загрузки должна быть не менее 4 м.Т^около 4 кг/м®сут,Т*п -35 г/м^су.; для достижения 50% очистки

2 и;!^ около 8 кг/м°сут, — 50 г/м^сут. Диапазон гидравлических нагрузок для эффективной работы биотеяков 6-20 I

ЗДсут.

Методика расчета составлена из ■ опыта работы биотенков при|», <5 250 мг/л.

4. Теоретические вопросы биологической фильтрации 4.1. Аэрация биофильтров Полная биологическая очистка на капельных, високонагружаэыих и басенных биофильтрах обеспечивается яри нагрузках по ШК5 - 0,2; 0,65 и 1,2 кг/^сут, а на ШЗ - до 2 хг/м^сут. Средняя крупность фракций загрузочного ¡материала капельных, тшсоконагружаемшс и башенных биофильтров равна 25; 50 и 65 мм, аДз 125; 65 и 50 (/'/к3. Если указанные выше допустимые величины нагрузок по ШКд отнести к I м2 поверхности загрузочного материала, то получим ооотвотствен-■ но 1,6; 10 и 24 г/м^сут. То есть о увеличением ^^производительность биофильтров уменьшается; так, допустимая нагрузка на I >,? площади поверхности ¡загрузил в бапеиноы бпо<?4ш>гре в 15 раз вам, чем в канальном и в 2,4 раза больше, чем в васококагружаеюм. Елол-;не очевидно влияние высоты слоя загрузки биофильтра, но преимущественную роль в увеличения их производительности играет величина пор между зернами загрузки и связанные о этим условия аэрации. Если принять число пор в биофильтре равным числу фракций, а пористость Р « 503», получим, что объем одной поры в капельном биофшгь-

тро - 7,5 см®, а в башенном - 132 см®. Следовательно, наиболее неблагоприятные условия аэрации и возможное образование застойных зон имеет место в капельных биофильтрах, это и является причиной, малой их производительности. Из сказанного следует, что во всех биофильтрах с объемной загрузкой увеличение рабочей поверхности загрузочного материала неизбежно приводит к ухудшению условий аэрация. Конструктивно обеспечить благоприятные условия аэрации и сохранить значительную площадь поверхности загрузки можно в ЕПЗ, где при пористости 955? величина £^>100-150 м2/«3. Эти два . фактора, а также хорошие гидродинамические условия движения жидкости и обеспечивают высокую производительность.ЕПЗ. Наличие сквозных каналов в плоскостной загрузке, обеспечивающих благоприятные условия циркуляции воздуха в тело биофильтра, снимает вопрос о необходимости искусственной подачи воздуха в Ы13.

4.2. З^дродинамические характеристики При разработке новых видов загрузочных материалов необходимо оценить их гидродинамические характеристики, что позволяет прогнозировать производительность и эффективность работы ЕПЗ, К этим ; характеристикам следует отнести структуру потека жидкости в грузке, среднее время пребывания жидкости, долю смоченной (активно работающей) поверхности, условия перемешивания жидкости в объеме загрузки; При небольюй плотности орошения течение жидкости имеет прерывистый характер; жидкость накапливается Дочках контакта между фракциями загрузки, периодически перетекая струйками от одной точки контакта к другой. Представить биофильтр как реактор с.ламинарной жидкой'пленкой нереально, поскольку образование пленки (по опыту работы шссообменных колонн) начинается при гидравлических Нагрузках 25-30 м3/м3рут, а устойчивое ее состояние при СЬ- •

а о ■ ■ ■ • .'

^ 50 м /м сут, что в биофильтрах практически не шеет места. С Тфчки вреиия автора структуру потока в биофильтре с учетом неравно-

. - 25 -

мерного расположения биоплаяки по поверхности загрузки следует при-'нять лак нестационарную пульсирующую фильтрации жидкости сквозь яммобилизогагайй слой биоценоза под действием гравитационных сил и осложненную $из ико -хшшч е с к ими и биологическими процесса ми (сорбция, адгезия, коагуляция, окисление, химичесхив и биологические ' ■■ взаимодействуя и др.).

Перемешивание жидкости в упорядоченной загрузке менее эффективно, чем в расположенной навалом. В БПЗ продольное растекание практически о сутствует. Движение сточной хидхости осуществляется тшь во стенкам каналов блочного загрузочного материала и мажет иметь незначительное продольное растекание при многоярусном расположении блоков в случае смешения каналов относительно друг друга по высоте. Это вызывает необходимость обеспечения равномерного орошения площади поверхности НЗЗ.

Автором были проведены исследования по определению времени пребывания жидкости в биофильтрах о несколькими видами загрузочных материалов. Била использована известная методика нанесения импульсного "возмущения" на систему и анализа "отклика" системы. Исследования проводились на лабораторных установках о загрузкой из полиэтиленовых паров диаметром 26,5 мм ( 120 м2/м3) и 35 мм ( ¿ф" 90 м2/«3) в диапазоне гидравлических нагрузок I-I3 м^/н3 сут, а также на полупроизводственной установке о загрузкой "сложная волна" 80 м^/м®). Ниже представлены соответственно расчетные

формулы среднего'времени пребывания сточных вод в биофильтрах,^ с :

' t'WHcp - V - 253И^ у V (9-и)

Исследования показали, что в диапазоне оптимальных гидравлических нагрузок в биофильтрах с o<&Í&ho8^ 'î"» 2-15 мин, а -в НИ 0,5-2 мин; в биофильтре с аобестоцеь'энтко!! загрузкой при (J/* &-I5 tfVu3 сут величина t"« 75-27 с. '

Исследования величины смоченной поверхности проводилась на трех

моделях в виде: наклонных пластан (М-1 ), высотой 1,7 м; гирлянда коротких цилиндров (М-2.), высотой - 1,5 м; спиральных труб (М*3 ) диаметром 8 и 15 км,длиной 2,5 м. Движение воды во всех трех моделях имитировало двияение жидкости в теле биофильтра, а условия аэрации соответствовали условиям работы БПЗ. На рис. 6 приведены результаты исследований по определения величины смоченной'поверхности в зависимости от расхода вода на модели 11-1 (кривая I). На этой же модели были проведены эксперименты по очистке сточных вод при расходах 15-30 л/сут; площадь биологическом пленки (кривая 2) в 2,2-2,5 раза превышала площадь смоченной поверхности» определенную в опытах с чистой водой. Это свидетельствует о преобладающей роли биологических процессов (разрастание биопленки) над чисто гидродинамическими.

4.3. Оценка ОМ плоскостных загрузочных материалов При конструировании различного вида загрузочных материалов возникает необходимость дать экспресс-оценку их ОМ.

Исследования проводились с загрузочным материалом в виде полиэтиленовых шаров диаметром 26,5 и 35 ш в условиях полного дефицита .кислорода в воде, который достигался введением в нее сульфита натрия. Результаты, приведенные на рис. 7, свидетельствуй; о выоокой потенциальной ОМ биофильтров исходя из гидродинамических условий ■ течения жидкости.» загрузочном материале и подтверждают вывод о влиянии условий аэрации.

4.4. Условия работы биопленки Периодические гидробиологические анализы лабораторных, лолу-лроизводотвенных и производственных установок БПЗ показали, что вс-> доюй состав микроорганизмов аналогичен видовому составу в биофиль- . трах о объемной загрузкой. В зависимости от вида загрузки и гидравлической нагрузки формирование биопленки по высоте БПЗ завершалось через 20-45 суток, а ее масса по сухому веществу составляла

300 400 Ц. я/от*.

Рио. 6.. Зависимость величины смоченной поверхности 5СЦ от расхода вода 0, I - на водопроводной воде; 2 -на сточной воде я о йиошгешсой.

ь S Ю

- 9, ц^/лг.сут. Рио. 7. Зависимость Ш от гидравлической нагрузки при начальной содержании сульфита натрия го СЦ: X - I г/л; 2 - 4 г/я.

25 50 75 ICO <¿, км.

Рпо. 8. Зависимость удельной ююадда товэрхноотя от крупности фракций загрузки.

б30

i20 и10

С)

1 . _L >

г / 1

50 100 150 Pj, см3. Рис. 9. Завистясть ватт чинн органической нагруз Ш'от крупности пор в биофильтре, Р^,

30-200 г/м"; концентрация биомассы на глубин о 2-3 м была на 10-505? выше чем на глубине I м, наиболее разнообразный видовой оостав отм№-; чался на глубине 2 м. •

Активный слой биопленки по Эккенйельдеру определяется максимальной глубиной даф^зки кислорода в биопленку. Воспользовавшись его методикой определения глубины активного слоя биопланки по раз- , шще концентраций СОо и 0^ в газовой фазе до и после биофильтра, было получено, что при влажности биопленки 96-99$, толщине слоя 0,4-1,6 мм, средняя толщина ее активного слоя составила 0,33 им.

Биологические фильтры обладают определенной степенью буферно-сти при.значительных колебаниях состава и температуры сточных вод, гидравлической нагрузки и нагрузки по органическим загрязнениям. В процессе эксплуатации биофильтров имеют место частые перерывы в подаче сточных вод, продолжительность которых может быть от нескольких минут до нескольких суток. ■•■ . .

Микроорганизмы биопленки при прекращении поступления сточных вод, сначала теряют подвижность, а затем ияциотируются и переходят в состояние анабиоза или погибают. Перерыв в орошении биофильтра, , работающего на открытом воздухе зимой в районах о холодашл тай-. ыатическими условиями, приводит к его полному промерзанию. Анализ литературных данных показал практически полное отсутствие исследований по интенсивности газообмена (показатель физиологической активности микроорганизмов) иммобилизованных биоценозов в экстремальных условиях.

Исследования влияния перерывов на интенсивпооть газообмена,были проведены в модифицированном респирометре ОН« 970 с измененной кон-; струкцией реактора. При продолжительности перерывов до 40 ч угнетения биоценоза не наблюдалось.

Как Показали эксперименты на лабораторных моделях БПЗ перерывы в орошении до 24 ч оказывали незначительное влияние на эффект очи-

\ 29;-' 'V - -стки городских сточных вод. Через 1-2 сут после подачи вода показатели опытной модели соответствовали контрольной. При 72 ч перерыва равноценный эффект, очистки был достигнут через 9-П сут. Влияние перерывов в подаче сточных вод изучалось также на ЕПЗ действующих очистных сооруяений. После прекращения подачи сточных - вод через 1-24 ч с глубины I м производился отбор проб на гидробиологические анализы, которые показали, что в-течение первых четырех часов подвижность микроорганизмов изменяется незначительно, а через 24 ч основная масса микроорганизмов была в неподвижном состоянии. После фиксированных интервалов времени образцы загрузки с биодленкой вновь помещались в работагдай биофильтр. Подвижность микроорганизмов через 15-60 мин восстанавливалась до нормальной, погибших форм не наблюдалось. •

Влияние температуры воздуха й сточных вод на эффективность работы биофильтров весьма существенно. Наиболее чувствительными являются БПЗ, расположенные на открытой'воздухе. Благоприятные условия ^ркуляции воздуха в/теле загрузки'в зимнее время играют отрицательную роль, являясь причиной неустойчивой работы НТЗ и возможны^ обмерзаний биопленки. Анализ результатов экспериментов по интенсивности газообмена в респирометре показывает, что биоценоз бяо-' пленки после замораживания и оттаивания в течение первых двух часов не потребляет кислорода, затем окорость потребления возрастает а через 24 ч стабйлизд^ётсл. •• . - , .

Выоокая устойчивость работы ЕПЗ отмечена при шлупроизводствен-ных испытаниях на очистных сооружениях г» Кимры, где функционировала.' полупроизводственяая установка ЕПЗ о блочной загрузкой из гофрированных листов полпвинигаюрида общей высотой 3,2 м. При сильной ветровой нагрузке и температуре' воздуха -3-5 °С и нагрузке по ЕПКд, равной 1,7 кг/м^сут, эффект очистки ооста'вляя 34?5. Близкие результаты в у ало виях частых перерывов в подаче воды и обмерзаний биоплен- .

ки были получены на очистных сооружениях г. Тракая. При равномерной подаче'сточных вод биохимзаЕода' на установку ЕПЗ, расположенную' • на открытом воздухе, -27 °С снижение температуры сточной воды в теле биофильтра не превышаю б0., Л ~ • :

Прикрепленные биоценозы весьма устойчивы и различного рода биоцидам и ядохимикатам, о чем наглядно свидетельствует неэффекС ; тивная борьба с биообрасгаяиями орооителей градирен в оборотных ..". системах водообеспечения промышленных предприятий.

Таким образом, исследование влияния экстремальных -технологических ситуаций на физиологическое состояние биоценозов биофильтров*; .показывает их высокую степень устойчивости. Анализ полученных результатов свидетельствует, что создание условий стресса в опреде- , ленной мере дане стимулирует активность биоценозов биопленки.

4.5. Расчет биофильтров Существующие многочисленные формулы для расчета биофильтров носят либо эмпирический характер, либо базируются на уравнениях фермента ивной кинетики или гидродинамических характеристиках движения жидкости в загрузочном материале. В основу метода расчета •биофильтров с объемной загрузкой положена зависимость эффекгивлэ-сти их работы от гидравлической нагрузки, продолжительности контакта сточной вода с биопленкой, объема воздуха, поступающего в Ч Л'ело биофильтра. Оценивая влияние последнего фактора, отметим, что увеличение пористости.загрузочного материала обеспечивает лучше . условия обтекания биояленки воздухом.

/ Приняв крупность фракций загрузочного материала за условный диаметр шаровой фракциис!;« и расположив их согласно схеме, приведенной на рис. 8, поучим, что общее число шаров в I м® составит 1/4> . Общий объем, занимаемый тарами, составит (в долях единицы) КЯщ 'Ц (¡1^6 * ТГ/Ь , а площадь поверхно- '

: оти шаров, ^Оч1 ^ов ? о!4» 71/с1 . Таким образом,

независимо от крупности фракций, общая пористость загрузочного материала постоянна и равна \"Л/б , т.е. 48$. Натурные зам ери пористости загрузочного материала показывают, что она равна 50-52?, что достаточно близко совпадает с предлагаетой схемой подсчета; аналогично загрузочных материалов практически не отличается от - шаровых фраюшй соответствущего диаметра (рис. 8). Дэпусти-мая величина нагрузки по ШКд при обеспечешш полной биологической очистки находится в прямой зависимости от крупности пор в теле биофильтра (рис. 9). Выразив диаметр фракций загрузочного матерка-, ла с/ в см, получим, что в диапазоне d = 2,5-6,5 см допустимая нагрузка по ЕПКд, г/м сут равна

Биофильтр, как и любой другой биоокислитель, представляет со. бой открытую экологическую систему, ограниченную в пространстве, включающую живую среду (биоценоз биопленки) и неживую среду (конструктивную часть биофильтра-, компоненты движущихся жидкой и газовой фаз), обеспеченную источниками энергии и питания. Экосистема биофильтр отличается устбйиивым равновесием, то есть способностью за счет саморегулирования возвращаться, в исходное состояние по производительности и эффективности работы после отклонений от стабильного режима в результате воздействия окружающей среды и условий, функционирования. Многообразие видового состава биоценозов является показателем жизнестойкости системы. Эффективность и производительность работы биофильтров зависит от многих факторов, которые можно скомпоновать в пять групп: I - окружающая среда; 2 - состав . сточных вод; 3 - режим эксплуатации; 4 - конструкция биофильтра; 5 - состав биоценозов биоплешш.. Оценить влияние десятков факторов на работу биофильтров практически невозможно. Поэтому все математические модели носят локальный характер и не могут претендовать на .

*

статус единой расчетной формулы.

Биофильтр можно, представить как реакционный резервуар, задал- '

'"- 32 - •

Пенный инертным загрузочным материалом, на поверхности которого функционирует многобидобой биоценоз биооленхи. Сквозь тонкий слой бкопленки осуществляется пульсирующая нестационарная фильтрация . сточной водаг на поверхности и в объеме биопленки параллельно дсу-вшст'вляютоя процессы: изъятия взвешенных веществ; изъятие растворенных веществ; биод?градации органических загрязнений; энергетического и конструктивного метаболизма и др. Схема фильтрации*сточной воды через биопленку достаточно сложна. Вода периодически преходит через сужающиеоя и расширяющиеся каналы (полости;, часть которых может быть заилена. На рис, 10 представлены упрощенные ахемы фильтрации воды"через олой биопленки на фрагментах объемной и плоскостной загрузки. Обеспечение нормального хода биохимических процессов ояисшзшм,осуществляется за счет -диффузии кислорода из газовой фазы (воздуха) в ккдкуп фазу, а затем в клетку (рио. II), " Четкое деление биоллеяки на аэробную и анаэробные чаоти весьма, относительно, целесообразнее выделить в биопленке зоны благоприятво-

• го и неблагоприятного кислородного реюшов. ■ . •

В последние года отмечается переход от эмпирических моделей . построению их на осново классических законов ферментативной кинети-¿и, базирующихся на уравнениях Ыош й Михаэлиса-Ментея. Уравнение Михаэлиса-Ментен является иллюстрацией гиперболической зависимости скорости ферментативных реакций от начальной концентрации субстра-1 та; в уравнении Мою абсолютная окорость процесса заменена на относительную (удельную) т.е. скорость роста микроорганизмов перэсчи-/теда яа.едиявду'растущей биомассы. Следует отмстить, что эти уравнения отвечают задачам биотехнология - получение максимального выхода биомассы или. чистого продукта' жизнедеятельности микроорганизмов при минимальном расходе питательных вбществ. Процеоо осущеотвля-. ется в условиях выращивания монокультуры, находящейся в оптимальных!

• условиях жизнедеятельности о постоянными технологическими парамэт-

б)

I

& a

Рис. 10. Элемента загрузочных материалов: а) объемного; б) плоскостных; I'- зона интенсивного 'движения жидкооти в слое био- г т Т шгенвв; 2 - зона замедленного движения; Prof ТП^хвма двя-~] 3 - зона застаивания; 4 - зона подвисания яания жидкости в био-' капель жидкости и возможного их отрыва; тезка • I - загрузоч-5 - зона подвисания и отрхза капель и струй шй матершл; 2 - зо-апдкостп на неблагоприятного j

кислородного режима; I 3 - зона благоцрияг- ' того кислородного режима; 4 - газовая фаза.

^ h- Рио. 12. Зависимость !»,=> )♦ _ _ 1 _ _ 15________Ю

3

Рис. 13. Схеда очистных сооружений о БПЗ. ' __ _ ___

I - приемный резервуар; 2 - песколовки; 3 ^даухъщ?усшВ" отстойники; 4 - насосная-станция; 5 - биофильтры с. пластмассовой заг~ ." рузкой; в - биофильтр с асбвстсцёмевуной загрузкой;* 7 -вторичные-'вертикальные отстойники; В - злораго^ная; 9 - смеситель; 13 - контактные резервуары; II - пескопровод; 12 - песковые плоцад гаг; 13 - осадок; 14 - иловыэ'шкщадхя; 15 - избыточная бкоплен-ка; 1в - осадок из контактных резервуаров. ...

--'34 - :

рами (питание, температура и активная реакция среда и др.). Основ- ■' ная цель при биологической очистке.сточных вод - максимально возтонка я переработка питательных субстратов (органических загрязнений) при минимальном росте биомассы. В сооружениях биологической очистки происходит иэъягие многокомпонентного субстрата многовидовым биоценозом в условиях постоянных стрессовых ситуаций (изменение эко- • логических, энергетических, трофических и технологических условий). Исследования, проводамые в области управляемого культивирования клеток показывают, что столь сложный объект как биологическую си-сте.чуг охватить единой математической моделью практически невозможно,

С определенной долей условности биофильтр »-южно считать массо-обменной колонной большого диаметра, Б теоретическом и технологическом аспекте биофильтры более слошш, чем аппараты химической технологии. Но воспользоваться схемой подхода к расчету и констру--ироваяию иаоообданной аппаратуры, базирующихся на критериальных формулах, представляется целесообразным. Впервые это было реализовано академиком C.B. Яковлевым при разработке метода расчета высокона-грукаемых биофильтров по критериальному комплексу^

В последующем он был модифицирован другими исследователями в использован таете для расчета капельных и башенных биофильтров. В настоящее время этот метод расчета -биофильтров с объемной загрузкой заложен в действующий СКиП. .

Автором диссертации был предложен метод расчета ЕПЗ, в основу которого была положена функциональная зависимость конечного результата очистки, t:a (ШКд) от различных факторов, влияющих на кинетику процесса. По сути дела дейстцущая система - "биофильтр" пред- Î ставлена параметрами и на входе з систему (экологическими, трофическими, конструктивными) и откликом системы, являющейся "первым -, явдшоы", на комплексное ■воздействие.

^((^ЛА^^^^^ь (к)

. - 35 ~

г до Т, и 1~2. - температура сточной воды и воздуха, поступающих в биофильтр, °С; 3 - расход воздуха, м3/м3.

Необходимо учитывать, что любая биологическая система будет нормально функционировать, если условия жизнедеятельности будут благоприятными. Это предполагает, что экологические условия, если они переходят критические границы для исследуемой системы, должны корректироваться как в любой антропогенной системе. Поэтому в состав критериального комплекса температурный фактор вводится в виде константы скорости биохимических процессов в сточных водах, 1(т. Условия циркуляция потоков воздуха в ЕПЗ благодаря высокой пористости (Р = 70-99$) настолько'благоприятны, что вводить этот параметр в критериальный комплекс нет необходимости. Условия поступления питательных субстратов, а также количества сточных вод целесообразно представить показателе^ величины органической нагрузки на единицу поверхности загрузочного материала в сутки

1? » /¿ад М/^. из)

Предполагается обеспечение биоценоза необходимым количеством бко-о

генных згомлоневтов и микроэлементов. Весьма важными являются и конструктивные параметры загрузочного материала.

' С учетом сказанного зависимость (12) представим в вида:

с«)

Результаты многолетние лабораторных, шлуяроиз во дет венных и . производственных испытаний на биофильтрах с различными видами плоскостных загрузочных материале^' обработаны в координатах и У^ и в виде результирующей кривой представлены на рис. 12. Критериальный комплекс включает четыре параметра:- один - экологический, одил - трофический и два - конструктивных

Г1 V РНКт/Р. : . (15)

Полученная зависимость может быть выражена аналитически:

ЦНО2'1*-0'3^ (при 1ч*1НООмф); (16)

36,- : ■:

Идя определения высоты ЕПЗ можно воспользоваться формулами

Н*2,6(2,18-?7РКГ и-\00нг/л)} (18)

Н-15,13(\,гъ- ?/ РКТ {приЦ-г-И нг/Л). (19)

Автором да основании результатов исследований я предложенного метода расчета по критериальному комплексу составлены таблицы для определения допустимых гидравлической нах'рузки и нагрузки по ЕОК, которые заложены в СНиЛ (табл. 39).

Данние результатов исследований очистки оборотных вод неа?еде~ рарабатывающих заводов на оросителях градирен также обрабатывались в координатах Ь^и , по' которым получены аналитические зависишста \0*<А*~гъЪ (при 20>1г>С,)у (20)

Ц» Ю'"*^ (при (21)

Исследования проводились на действующих градирнях при нагрузках М» 0,8-2,9 кг/м3сут; (^.= 14-22 м®/м3сут; начальных величинах ШКд' в оборотной вода Ь|= 20-100 мг/'л; температуре вода 20-40 °С ж конструктивных параметрах оросителей градарзн ( ЭД 4-8 м; Д«^* . 3-Х5 м2/)/3; Р« 90-99^); эффект ояиаения ЩК составлял нефтепродуктов 30-44$.

5. Внедрение результатов исследований' ' 5.1. Производственные испытания

На основании проведенных исследований и рекомендаций автора бкл запроектирован, построен и в 1971-1972 гг. лущен в эксплуатацию комплекс очистных сооружений, в состав которых входили биофильтры , диаметром 6 м с пластмассовой и асбестоцементной загрузкой (рис. 13),- Ословшэ конструктивные размеры ШЗ и показатели их работы '/ ■.. приведены в табл. 2. Пря нагрузке по ШКяодш 4,2 нг/хА сут на биофильтре с- пластмассовой загрузкой обеспечивалась полная биологическая очистка. На биофильтре о загрузкой'из гофрированных асбвсто-цементякх листов полной очистки фстигнуго не было. Причиной »того • являлась весьма шсокая нагрузка в расчете на I м^ поверхности за-

' ' . .. ■■: Тгйлшца 2

Показатели работа биофильтров о пластмассовой и асбестоцементяой загрузкой

Показатели единица . :ьиофильтр с:Шофильтр с а обе-, измерения: пластшссо-:стоцемеотной за-:вой загруз-:грузкоЙ :кой :

Расход сточных вод иР/сут , 2350 1320

Гидравлическая нагрузка ь^/м3сут 20,5 11,9

Высота слоя.здгрузки , ; М : : . 4,2 - 4

Удельная площадь поверхности м2/«3 ■ Г70 .56

Пористость % 90 88

Пдотшоть ■■ дг/м3 . 100 . 250

ЕПК5, Ц/о мг/л 161/15 : 161/30

НП^.п/о 205/20 205/39

'¿ПК, и/о 271/75 271/55

Бзв. в-ва, а/о „»_ ■ ' 72/25 72/25

Азот*Ьбщпй, в/о , ' 27/17 27/20

.Дзот ШЙЛОН, н/о 21/12 21/15

Нитфпты, н/о . . . ( ' ' -/0.6 " -/0,7'.

НЙтрати, в/о ■ —■1 -/1.7 ' -/0,9

Нагрузка до НЗК3 - • 1. :. кг/м3сут ■ 3,3 1,92 ,

....... . _«_ . . \ ■ 2,44

ОЛ ПО СНЯТОЙ ШКд . ' ' 2,93 1,56.

шкполя • ' ' ' 3,79 '1,98'

Нагрузка во ШКд гЛ^сут ' ' -19,4 34,3

ш Щгож : 24,7 .. 43,6

- 30 -

грузочного матеркага, рав.шя около 44 т/и сут.

i Результата исследований и опыт 'эксплуатации позволили разработать технологические схемы одно- и двухступенчатой биологической очистки городских к производственных сточных вод с применением ко-: вых видов биологических окислителей. Выбор той дли иной схемы дин-; туется составом сточных вод, требуемой степенью очистки, коэффициентами неравномерности расхода и др. Для обеспечения полной биологической очистки выоококонцентрированных сточных вод целесообразно принять двух ступенчатув схему с БПЗ на первой л азротенком о инертными заполнителями.на второй ступени. Для неполной биологиче*-" ской очистки рекомендуется одноступенчатая схема о БПЗ или БТ, причем в зависимости от оостава возможно без первичных отстойников или с 30 минутным отстаиванием.

5.2. Проектные решения станций бмофилътрации я биологических окислителей Пс рекомендациям автора и его непосредственном участии проектными организациями были выпущены'проекта, .где в качества биологических окислителей применены -EG3, аэротенни о инертными запо^шателями, погружные биофильтры. ,. ' ■ v : - 'V.' ' / '

Кэшлексы очистных сооружений с ЬПЗ для учреждений.отдыха и санаторно-курортных комплексов на расхода 400 и 700 ^сут в для поселков на

200 м3/сут разработаны в ДНШЭП инж, оборудования (1966, 1967 гг.). Ооюзводаканалпроектом по плану экспериментального провк-тирования 1Ъсстроя СССР разработан технический проект "Оюфаяьтрн , о искусственной загрузкой" (1972 г.); БПЗ запроектированы на расход 200 и 1400 м^/сут о различными конструктивными решениями, всого 26 типоразмеров.. Биофильтры состоят из двух секций'с шсотой слоя • Нагрузки из пластмасс и асбестоцемента, равной 4 м. Варьируя типо-азмёрами этих биофильтров мозшо' проектировать очистные сооружения на расхода 400 , 600 , 2800.и^/суа. Типовой проект "йадфшпьтры с

- ■ ■ ' ' ' -39' - :

пластмассовой загрузкой с секциями'объемом 55 м " разработай Ооюз-годоканалдроектом (197с. г.). ШЗ приняты 2-х, 4-х и 6-и секцион- . ше и рас&итйпн на производительность от 1000 до 5600 м3/сут. В : 1980 г. там же выпущен технический проект "Еиойилътрн с плоско-стны'ш и трубчатыми загрузками" на расходы от 10000 до 50000 м3/сут о блочной пластмассовой зпгрузкой высотой слоя 6 м,

Рядом проектных организаций были запроектированы -очлстшв сооружения о применением ЕПЗ, гогружшвс биофильтров, аэротенка о инертными заполнителями для конкретных объектов: поселков, папсисчатов, а также проиншхешшх предприятий - химкомбинатов, биохимических,. хиляко-фаркацевтических, дрожжевого, картофелеперерабатыртидего заводов, красильно-отделочных фабрик.

• 5.3. Разработка новых видов материалов для ШЗ 'Д> настоящего времени шрокое. внедрение ШЗ' из пластмасс сдерживается пмещимся дефицитом сырья а отсутствием целевой промышленной базы для производства загрузочных материалов. Ъ последние го- : да появилась перспектива'промышленного производства загрузочных материалов из пластмасс, в том.числе вторичных.

В качестве загрузки с успехом применялись гофрированные дренаж-яые'трубы диаметром.50 и 63 г.м, выпуск которых налажен на прёдари-ятаях Минхимпрот, а также гладкие трубки из вторичного ПЗХ а не-ковдициоиниа пз алюминиевых сплавов и стекла. В процессе работы автором было предложено а исследовано 27 видов жестгих блочных п. засыпных, а также мягких загрузочных материалов из пластмасс, ао-бестоцсмепта, стекла, металла, керамики, ткани и др. Величина', ■

= 60-230 иРлР, а коэффициент использования площади поверхности. 0,65-1; 73-99^. При конструировании загрузочных материалов соблюдались требования долговечности, хга,гаческой и биологической стойкости, морозостойкости; развитой площади поверхности, малой объемной плотности; обеспечения благоприятных гидродинамических

условий движения сточной еоды и циркуляции воздуха в загрузка; экономичности» ."■■.,■.■ ,

5.4.-Реконструкция и интенсификация действующих : сооружений биологической очистки сточных вод ■ Б процессе работы постоянно приходилось сталкиваться с необходимостью увеличения пропускной способности очистных .сооружений, при дефиците земельных участков под застройку. В этой ситуации требовалось комплексное решение по интенсификации биологических окислителей, сооружений механической очистки, обработки осадка и др.

На рис. 14,а представлены принципиальные технологические схе-'' ; ын реконструкции' действующих станций биофильтрация о цель» интенсификации их р.аботы. На схеме А дана технологическая схема до реконструкции, схеш' Б и В соответственно с частичной и полной перегрузкой объемной загрузки на плоскостную с возможным наращиванием ограждающих стен и увеличением слоя загрузочного материала. В этом случае сохраняется одноступенчатая баологичеокая.очистка. Схемы Г i Д предполагают перевод'технологической схемы очистке ш двухступенчатую к перегрузку объемной загрузка на плоскостную то-•лько первой шш обеих ступеней биофильтров, '

На рис. 14,6 представлены принципиальные схемы реконструкции биологических окислителей со свободноплакшцей микрофлорой (аэро-тенков, циркуляционных окислительных каналов, биологических прудов). Реконструкция и интенсификация юс работы осуществляется за счет : установки плоскостной загрузки в веде пространственных блоков над ,< биоокислителями или непосредственно э жидкую фазу, а также комби-' нированные охемы. Схема А - баоокаслители дореконструкции; при ' схеме'Б модули устанавливается над биоокисдителями или рядом о «ими, а при схеме В - непосредственно в резервуарах, при схеме Г -номбинироваяда. ■ . ■.

При реконструкции бдадрудов до схемам Б, В и 1 между биофдль-

б)

_ А

■ iQ 5® Ю в- —

1 Q "5® О* ' р ^Р->©5РЧ3

ш

Реп. 14. Пршшшшьнаа схемы рёконссрукцая: а) стагапЯ Лмйль ■, : • грацгш; б) биоокташггелей со свободнопяаващзй lancpotjcopoü; I, ■ t ' 2,3 отстойшзп кэрв:гаше, втортгашэ, трекнннэ; 4 - бгофиьтр с л . объЕшоЙ загрузкой; 5 - БПЗ. •-•■■. .■ .'■

О* ■ • • . ■ i . '.,„.; ! ; •л.!« i. ■ -л! "v'.» ; .'„•.- .. ■• _

П

в

а о

«а

К'

«я

RH .

I.

25 30 75 100

25 50 75 МП

■.'■-.:;•: Q,' sus. ¡rVcyrr • ■-

Ряс. 15. Приведению затрата дли очистяшс сооружений о' разлэтш-

ишая биологически* окислителей; а) аэротенкл;б^бто$«льтры с ■ гравийной загрузкой;в)бпофпльтри о асбестоцетёитной загрузкой при начальной величине НЕд^ I - 100 "от/л; 2 - 200 кг/л; 3 - 300 от/л. .-л , '

грами с слоскосгшй загрузкой и бжопрудэми целесообразно .устанавливать промеяуючные отстойшиси. Перспективными представляется . схемы реконструкции путем установки в бисокисялтелях погружных ; дисковых шш барабанных вращающиеся биофильтров (схема Д), а также введение в бшокислителн плавающих инертных высокопористых материалов в-виде мелких фракций (схема В); в последнем случав емкость биоокислителя разделяется на отдельные секции с помочью сеток, . яреяятствущих выносу загрузочного материала.

Нияе приводятся примеры реконструкции дейспдодих. сгавдий' биологической очистки, в которых автор принимал непосредственное учя-

. стие, ■ . ■.'.;' . ■ .....

При реконструкции очистных сооружений г. Лзерпинского Московской области бала использована схема Б (ряо. 14,а). Ьа очистные сооружения, включающие 4 секции высоконагружавмых открытых биофильтров о размерами каждой 12x25 м и высотой слоя загрузки- 2 м лода-> отся 20 тыолг сточных еод в сутки (из лих 10- .53 производственных) при средней величине БНК5 доогуяаадцх сточных вод - 100 иг/л. По- ■ скольку действуете аэрофильтры на обеспечивали требуемый эффеяг ; ..очистки (имело место заболачивание загрузки) и в связи с увелпче-нием расхода поступающих сточных вод произведена реконструкция одной из секций аэрофильтра о увеличением высоты слоя загрузочного : материала до 3 м. Объемная загрузка была выгружена, и использована ' при строительстве дорог а в качестве загрузки использованы рулонные блоки лз гофрирова.'шых полиэтиленовых листов с прокладками из проволок и лент (отходы производства пластмассовых лыд) со следующими конструктивными параметрам; 120 ы2/м®; Р » 92£. Блоки выполнялись высотой 0,5 м и диаметром 0,4-0,7 м. Реконструирова- • 'на была и система водораслределения биофильтра. Суточный расход сточных вод на згу секцию составил 8000 и3, а на остальные три секция по 4000 ьР, что вывело станцию на проектный режим работ«.

. ;■•-.•43-î-. м По сссеме Б (рис. 14, з) осуществляется реконся"рукция очистных сооружений поселка городского типа Еякольсков (Ленинградская область), на которые поступает 10 тыс. м3 сточных вод в сутки, из шос , 50$ производственные стоки. Реконструкции двух аэрофильтров диаметром 18 м предполагается завершать в 1989 г.; пропускная способность очистных сооружений составит 20 тыо. м3/сут.

. Пря реконструкция станции бтафяльтрация ло.о. Рубз (Витебская ; обл.) использована, схема Д (рис. 14,а). На станции фугпщиокируот два аэрофильтра диаметром'12 м и высотой слоя загрузки 4 м, тоторие ■ находягоя в -зсшлоялом состоянии. Проектом предусмотрена' выгрузка гравийной загрузки и замена ее на плоскосгнув пластмассовую, а технологическую схему очистки перевести на двухступенчатую. » ' При реконструкции очистных сооружений пос. Сада (Литовская ССР) • после выгрузка керамзита была использована мягкая загрузка из фильтровальной ткани, подвеиеняая к стержням на расстоянии 20-25'мм;

, высота полотнищ 1,6 м; « 90 м2/м3; 98$. При работе в зимнее ••• йг

эремя (ноябрь-март) эффект снлаония ШК, WIK и взвеоенных Еещеста.

составил соответственно 60; S7 и 505?. Применение мягкого загрузочного материала из ткани, ллензот и др. перспективно для очистных сооруяе-ний.1- домов отдыха, пионерлагерей, яансшкатов, компингов s! т.д.'

При реконструкции очистных сооружений г. ЕиржаЯ стояла задача уменьшить, количество органических загрязнений, поступающих после. ' двухъярусных отстойников в биопруда, поокольку последние практиче-; окк вышли из строя. Яа;очястныэ сооружения поступает 2800 м® оточных вод в сутки (из ялх 50% производственных, в основном от дродприя-твй падевой дрошштаниоств). Между двухъярусными отстойника?,м и био. пру дани , была установлены 2 биофильтра о'плоскостной загрузкой о размерами 4x4 м в плане- каждый и высотой слоя загрузки 3,5 м;

• Биофильтры построены в открытом варианте, пущены в эксплуатацию в 1987 г. и показали высокую производительность по изъятию органл-

. • -44 V.". ..

ческих загрязнений; при нагрузке по EffiCg около 5 кг/м оуг и .гидра. влической нагрузке 27 ы/ы'' оут эффект очиотки в среднем составил -33JS. ■ ' , Y

На станций аэрации г. Кимры пропускной способностью 20 тис.М®/сут в ближайына года предполагается увеличение расхода сточных вод в 2-2,5 раза при практически полном отсутствии свободных площадей для . расширения саажши. Реконструкцию предусматривается осуществить по • схеме Г (рас. 14,6). ■ •

При реконструкции локальиых очистных сооружений Краснодарского витаминного комбината одна из трех секций биофильтров о объемной гравийной загрузкой (Н = 2.м) была выгружена, а в ней установили блочную эагрувку из плоских листов вторичного полиэтилена ( Sjjj 90 м2/«3, 87,1). Стена биофильтра нарастили и высота слоя плоскостной загрузни составила 3,5 ы. Станция биофильтрацлм была : , переведена на двухступенчатую технологическую схему очистки, ОМ по святой HIK возросла в .2,4 раза.

Локальные очистные сооружения Волгоградского биохимзавода вюю-, чают две ступени биоокислителей эрлифт ного типа и аоротенки-смесители. В овязи с расширением производства было рекомендовано бяооки-слителиГ; переоборудовать в двухступенчатые БПЗ, которые по расчету должны обеспечить требуемую степень очистки сточных вод перед сбросом их в городскую водоотводящую сеть. Емкости аэротенков предложено использовагь .как стабилизаторы прирастающей биомассы.

В ряде случаев динамика поступления сточных вод имеет ярко выраженный, сезонный характер, что свойственно предприятиям пищевой лромншюнноотя, курортным объектам, для которых целесообразно применять двухступенчатые технологические схемы очистки. В сезонный период вооружения работают в две ступени, d в межсезонный - в одну. , Так, при очистке сточных едд картофелеперерабатывающего завода ре- • команда ваш две ступени HI3; спира комбината - три от>пеня погружных

V - 45 - ' бшфильтров s дао технологические цепочки, что создает хорошие условия для маневра при их эксплуатации'". При реконструкции станции аэрации курортных поселков Прейла и Первялкя в качество первой сту-пена очистки запроектированы и находятся в стадии строительства ШЭ (схема 3, рис. 14,6). ' • ;

,* Плоскостные загрузочные материалы имвот весьма широкую область применения при реконструкции очистных сооружений с ц&лью их интенсификации: в отстойниках при переводе их на ритм тонкослойного " отстаивания, в аэробных стабилизаторах, в биологических окислителях, в сооружениях по доочистке сточных вод, в градирнях.

Применение плоской;них загрузочных материалов позволяет упростить пуск я энспдуатацию биофильтров. Отпадает необходимость их промывка перед пуском к искусственной подачи воздуха. Благодаря ваоопоЗ порзстости загрузочного материала HI3 даже при значительных перегрузках по органическим загрязнениям не зашшшгатоя, что в ряда случаев позволяет отказаться от первишгах отстойников пли в 2-Зораза сократить врет отстаивания. •

5.5, Тохнико-экошшческие расчеты , . . Отечественный и зарубезкаЗ опыт строительства и эксплуатации • ШЗ свидетельствует об экономической целесообразности их применения. Капитальные затраты при строительстве ШЗ в 1,5-2,5 раза: меяь-Е9, чем у биофильтров с объемной загрузкой.

• ' Проведенные техппко-экопомичбскнэ, сраслгшш ШЗ о другими видами биологических окислителей (табл. 3) в диапазоне расходов от 200 до 50000 м3/су? показало прет/ущестБО. перапс. Анализ тохнпко-экор.о-ютеегтах показатолэй станций аэрации и биофзлътрацнз (рис. 15) про-, лускной сдособпоетыз 25-100 тис, м^/сут свидетельств ет_ об экономически'лрекмуцестшх станций бйофмлът,ращга. Существеннуа экономии даст ШЗ по тепло- и энергоресурса!.!. Такэнергозатраты на I кг опя-той ШКд при использовании HI3 составляет 0,03-0,2 дет.ч претив

- V ' j ; ; ;Чк i ;V.. \ ■ ; ' '' ■ -.-'У/. '' 'У \

. 0,54-4,8 а 0,2-0,7? кдт.ч соответственно дня'ааротекков в биофиль-' тров с объвикой загрузкой. Ниже приводятся экономические показатели, .'йоотигиутне при отроит ель от ве ели реконструкции действу вдих сооружений, по рекомендациям автора. Цйфровые показатели подтверждены актами и другкки документами. • ,

При строительстве первой и второй очереди очистных сооружений .Бей око го химкомбината экономический аффект составил ¡334 тыс. руб., ' а при реконструкции очистных сооружений г .г. Дзержинского, Биржай, г Тракай, Никольское, яоо.Седа — 716 тыс.руб. Реконструкция станции ' бнофильтрации Краснодарского витаминного комбината (первая очереди ' дала экономию 185 тыо.руб., а после аавершения реконструкции экономия составит 0,6 млн.руб. Ожидаемый экономический эффект при ре- ; конструкции очистных сооружений т.йофы. поо, ?уба, дрожжевого вода в Опкянах» кокзавода во вруязе, биохимзавода в Волгограде j око/¡9'-2,2 млнруб. ''

: В процессе работы сформулирована в решена вадача оптимизация аэрофильтров и ШЗ по технико-экоЕоигаеокоьу критерив-приводежшм затратам. Разработанные алгоритмы и программы оптимизации биофильтров позволяют определить лучший проектные решения о экономическим v эффектом в средней выбор оптимальной высоты слоя загрузки

и гадра&пичеоксй дагруаки дает снижение приведенных бвтрат на 20-30^. v Для штолиания расчетов биофильтров на ЭВМ были составлены блок-схемы и программы расчетов кадельныхАвысоконагрукаемшс биофильтров к HI3. ,

. ■ \ Таблица з

Технико-экономические показатели . ' •

:Прояу- : Капиталь-': Эксшгеа- ;1Ьззво8 ;Сократе-' ■

Сооружения :скная ;яыо за- :тациоы- :деяные . • экономи- :ниа зани-

:способ-:траты, . :ные за- :затрата,: ческий .маемой .

:нооть, :тис.руб. :траты. :тыс.руб.; ; эффект, 'плочади,

:м3/стт ; ты с.руб. •» . « тыо.руо. : /» -

Аэротовд 200 - 34,28 16,79 ; 20,9 . -

Н13 200 24.17 12.27 ,15.17 5.73 ' 20 .

Бысоконагру- • 1400 83,6 15,54 25,57 ■ ' ' — *

наемый био-

фильтр ■ ;

Н13 г1400.. 16.32 13,65 15.61 •9,96 ■ 50

Аэротенк .:' 4200 130,36 29,5 45,15

БПЗ 4200 97.2 19.6 31.26 13.9 ' ■ 20

Высоконагру- - 25000 702,26 74,74 .159,59 _ ■ —

жаемый био-

фильтра

БПЗ1 25000 325.81 44.87 83.97 75.о2 70

Аэротенк* 50000 1683,1 '410,05 612,02 л '

БПЗ* V 5ТООТ 1736,38 355 563.36 48 15

Примечание1. С учетом всего комплексу очистных сооружений

обзмэ выводы .."'■'.."

■ I. Анализ работы биологических, окислителей позволил сформулировать научное направление по интенсификации, их работы за счет применения плоскостных загрузочных материалов. , • ■ 2. Результаты Исследований и одат .эггсплуатакшг ЕПЗ ■ доказали"« высокую производительность и надежность в работе при очистке городских и произюдствеппнх сточных вод в_условиях значительных нагрузок по органическим загрязнениям^ колебаний- состава и расхода сточных вод, стрессовых ситуациях. -

' л 3, Определены основные параметры |для проектирования' НВ. Показано, что дая досиркояия полной биологической очистки высота слоя загрузки поляна быть не меиеё;8-4 ы, _а суточная шгрузка.по.ШКц нэ прёЕЫшть 20-25 гД^сут. Разработан метод расчета ЕПЗУ"

4,- Показана перспективность применения ШЗ прн строительства .

очистных сооружений * при ^конструкции биологических окислителей благодаря йщустриальяоотя, компактности, эксплуатационным и вколо- -.гичоским преимуществам, малой энергоемкости. Наиболее перспективно 'применение Н13 в качестве первой .ступени двухступенчатой схемы биологической очистки высококонцекгрироваших .стачных вод, величина ОМ по «нотой ШКд достигает 5-10 кг/м®суг.

5. Разработаны и исслэдованы комбинированные биологические соору 7 кения (погружной биофильтр, азротеяж с инертным заполнителем, бпо-фялыр-восотановитель, йиотеяк); определены их конструктивные пара-» . метры к предкопены методы расчета.

: 6. Показано," что эффективность работы биофильтров зависит в , * основном от'благоприятных условий циркуляции воздуха в загрузочном материале. Определены величина смоченной поверхности; среднее время ■■;■ пребывания сточных вод в ШЗ. .Хараетэр движения жидкости в бкошюи-

ке* принят как пульсируп^я фильтрация взда под действием грагата-• цшпшшс сил сквош.; тонкий слой тобглЕЗошшшго биоценоза.

7. Изучена динамика прироста 'биопленки в БПЗ, аэрогекках с инертными заполнит елями, бкотенке. По1:ааана устойчивость работа бао-цзкозоб биоолепкк в условиях повывешшх иагрувок по органическим загрязнениям, шцхттих температур, перерывов в работе,

8. Разработаны технологии очистки городских и производственных сточных вод о применением новых типов биологически^ окислителей,

а такие технологические схемы реконструкции станций биофильтрация . и биоокислителей с прикрепленной и овободноллавашеЯ микрофлорой.

9.-Разработаны новые виды загрузочных материалов из пластмасс, асбестоцемента, керамики, стекла, тканей, металла (всего 27 видов),

10. Показана возможность применения оросителей градирен систем оборот того водообесаечеикя промышленных предприятий для биодеграда-

. цта органических загрязнений, содержащихся в оборотных водах. '

11. Совместно с проектными организациями Союзьодоканалпроект,

ЦНИИЭП инженерного оборудования и др. разработаны проекты очистных сооружений с применением ЕГО, погружных биофильтров, аэротенков с инертными заполнителями, а также проекта. БПЗ производителыю-стыо 200-50000 м3/сут, Выданы рекомендации по реконструкции комплексов очистных сооружений и биоокислителей на 42 объектах. На ряде -из них (гг. Дзержинский, Никольское, Биржай, Тракай), а также промышленных предприятий в гг. Бийске, Краснодаре', Павлограде и др.) , реконструкция осуществлена. Экономии от внедрения составила 1,2 млн.руб, ожидаемый эффект - 2,6 млн.руб.

12, Разработки автора защищены 17 авторскими свидетельствами и 4 положительными решениями ВНИИП1Э, Предложенный расчет БПЗ заложен в СНиД "Канализация, Наружные сети и сооружения". Результаты работ« используются в учебном процессе.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах: '

1. Биологические $ильтры. Второе издание. М., Огройиздат, 1982,^121 с (соавтор С.Б'.Яковлев).

2. Вюхимическая очистка сточных еод на биофильтрах с пластмассовой загрузкой. Водосн. и сан.техника, M,, I9S5, К I, c.22j-24 (Соавторы C.B. Яковлев, Ю.М. Ласков).

3. Применение пластмасс для загрузки биофильтров. Жил. ком. хоз-во, M», 1966, №10, с.25.

4. Новые конструкции биоокислителейи вопросы доочистли сточных еод. Матер, научн.практ. конф. (Пермь, 1966) с. 36-41.

5. Расчет биофильтров о пластмассовой загрузкой. Водосн! и сан.техн.M., 1966; № 12, о. 24-26 (соавтор C.B. Яковлев).

6. К вопросу определения окислительной мощности биофильтров.

Сб. тр. №87-(МИСИ, 1971), с. 71-75. ' .

V £0д

, 7. Вюхимическая очистка сточных^ содержащих соединения швогива лентного хрома. Водосн. и сан.техн. М. ,'с. 7-10, 1974, (соавтор

C.B. Яковлев и др.).

fi. Применение биофильтров о плоскостной загрузкой для очистки • рроизвздотвонных огочннх вод. Сб. ЦНИИТЭкефгвхиы, M., 1976, К' 9, : с. 22-24. ' . ■ - : V

9. Интансификация работы сооружения биохимической очистки сточшйГ вод. Ияф. Свлл. СЭВ по водн.хоз-iy, М., '976, *. 18, о. 32'3й (соавгори C.B. Яковлев и др.).

10. Применение погружных биофильтров. Раф.-инд». сб.ШШИС, сер. II, M., 1976, вып. 2, с. 14-17. ,

11. Биохимическое восстановление неорганических киолородсодеряа-' |дих соединений в биофнльтре-восстановнтелв. Сб. тр. & 143 (МИШ,

1977), с. 42-46ч (соавторы Б.Н. Кэреньков и др.).

12. Пути интенсификации работы биофильтров. Тез>-дакл. Реса, щдучн.техн.конф,, Кауяао, 1979, о, 57-61.

. 13. Оптимизация выооконагружавиых биологических фильтров. Два. ; ЦИНИО, BUU, 2 (обаагоры Г.Г. фивоиебв, В.П. К>Ь0ленко),19&0. . 14. ^логическая очистка сточных вод производства хлопковой целладозы. Сб/гр. 175 (ЫИСИ, 19ОД), с. 45-48.

15. Примеры расчетов биологических (фильтров и станций биофильтра' ции. Учебное пособие для вуе'ов, П., 1983, ШСИ, 84 с. (соавтор В.П. Саломее»). : , . , ,

■ , 16. Нэвая математическая »дель высохояагруаааыого бильфильтра. Сб.тр.Водосл, и канализ.СШШ, 1984), с.147-151, (соавтор А.Л,Ивчатой ; 17. Качественный состав биоценоза биологической плевки и очистки оборотной вода на градирнях. Ход. и технол. воды,Киев, 1986, 8, X 3, о, 69-71 (соавторы Н.А. Атанов и др.). , . 18, Применение биофильтров при реконструкции биологических очистных сооружений. Матер, семин, (МД}ГГП, 1986), М., о. 18-26 (соавторы C.B. Яковлев, А.Л. Иьчатов).

19, Исследование оборотных систем нефгеперерабатывапдих завоюв. Сб,тр. Исслед. ло интенсификации методов оч.ст.вод, (ШСИ, IS87),

Oé I3I-I38, (соавторы H.A. /танов.Л.Л. Погода).

20. О расчете биофильтров о плоокостйой и объемной еагрузкой. Сб.тр.Исслед. по интенсификации методов оч.от.вод, (ШСИ, 1987), о. 76-81, (соавторы C.B. Яковлев,А.Л. Штатов).

£1. Примеры расчетов какализадаоняых сооружений. Учебное пособие для вузов. Второе издание. Глава 3.. СЬоруаения для биологической очистка сточных вод, М., Огройиздат, 1987, с. 80-1£5.

Авторские свидетельства: 170863 (ЕИ-Э, 1965); 136395 (EIi~I9,I%S) 24I3Q4. (Ш-13, ID69); 470502 (Ш-18, 1275); 6S33I6 (ffi-43, 1973): ' I2I8289 (Ш-М, 1986); I29I552 (Бй-7, 1987); I29I553 (БИ-7, 1987); I33365I (Ш-32, 1937) ; Г456377 (БИ-5, 1989) ;. Г491818 (Ш-25, 1989).

Л - 43945 Подписано к печати 01.08.89 Формат 60x84i/I6 Печ. офс. И - 553 Объем 2 уч.-иэд'.л. Ï. 120 ' Заказ Бесплатно

Ротапринт Ш1СИ ш. В.В. Куйбышева