автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Использование гомогенизированного активного ила для интенсификации очистки сточных вод в аэротенках

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ОБЗОР СПОСОБОВ ИНТЕНСИФИКАЦИИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД В АЭРОТЕНКАХ И ИХ СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

1.1. Основные направления повышения эффективности биологической очистки в аэротенках

1.2. В ы в о д ы

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД АКТИВНЫМ ИЛОМ НА МОДЕЛЬНЫХ АЭРОТЕНКАХ В КОНТАКТНЫХ УСЛОВИЯХ.

2Д. Моделирование очистки сточных вод в контактных условиях.

2.2. Определение оптимальной дозы гомогената для биостимуляции активного ила

2.3. Выводы

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД НА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКЕ ПРОТОЧНОГО ТИПА

3.1. Методика проведения лабораторных исследований

3.2. Некоторые физико-химические свойства активного ила.

3.3. Исследование стимуляции активного ила гомо-генатом на модельных аэротенках в проточных условиях.

3.4. Выводы

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ ПУТЕМ СТИМУЛЯЦИИ АКТИВНОГО ИЛА ЕГО ГОМОГЕНИЗИРОВАННЫМИ ДОБАВКАМИ

4.1. Конструктивное решение аэротенка с гомогенизатором и разработка производственного гомогенизатора активного ила

4.2. Результаты исследований и сравнительная оценка работы комплексов аэротенк-вторичный отстойник с добавкой гомогенизированного активного ила и аэротенка-вторичный отстойник

4.3. Теоретическое обобщение полученных данных и предлагаемый метод расчета . II

4.4. Выводы

ШВА 5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД С ПРИМЕНЕНИЕМ БИОСТИМУЛЯДИИ АКТИВНОГО ИЛА ЕГО ГОМОГЕНАТОМ

5.1. В ы в о д ы

В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года", утвержденных ХХУ1 съездом КПСС, а так же в ряде специальных постановлений ЦК КПСС и Советского правительства большое внимание уделено проблемам охраны природы, рациональному, научно обоснованному использованию природных ресурсов.//"" 6/

В 1970 году Верховным Советом СССР приняты "Основы водного законодательства Союза ССР и союзных республик", а в 1972 году Верховный Совет СССР принял постановление "О мерах по дальнейшему улучшению охраны природы и рациональному использованию природных ресурсов". В 1973 году введена единая для СССР система государственного учета вод и ее использование.

Советский Союз - первое в мире государство, в котором охрана природных ресурсов входит в основной закон страны. Статья 18 Конституции гласит: "В интересах настоящего и будущих поколений в СССР принимаются необходимые меры для охраны и научно обоснованного, рационального использования земли и ее недр, водных ресурсов, растительного и животного мира, для сохранения в чистоте воздуха и воды, обеспечения воспроизводства природных богатств и улучшения окружающей среды.

В хозяйственную деятельность СССР вовлечены огромные массы природных ресурсов. Наиболее широко используемым сырьем является пресная вода. Общий расход потребляемой воды и сбрасываемых сточных вод приближается к среднегодовому стоку рек, который составляет 4760 км3. Резкое возрастание количества сточных вод создает серьезную угрозу исчерпания огромных запасов пресной воды в густонаселенных и экономически важных районах страны.

Решение проблемы очистки сточных вод в современных условиях на высоком техническом уровне требует больших капитальных вложении и эксплуатационных затрат. В постановлении ЦК КПСС и Совета Министров СССР "Об усилении охраны природы и улучшению использования природных ресурсов" намечен комплекс мероприятий по улучшению состояний водоемов страны. В СССР, только за период с 1975 года по 1980 год, введено в действие несколько тысяч очистных станций. Ликвидация или снижение загрязнений водоемов сопряжены с реализацией довольно сложных и дорогостоящих инженерно-технических программ.

Как показывает история развития систем очистки сточных вод, требования степени очистки непрерывно повышаются. В настоящее время ежегодно вводятся в действие сотни очистных станций, причем значительная часть капитальных затрат составляет стоимость сооружений биологической очистки, работа которых, в основном, обусловливает также и эксплуатационные расходы комплекса сооружений в целом. В дальнейшем биологические методы будут продолжать играть главную роль в технологии очистки основной массы сточных вод, благодаря своим технологическим и экономическим преимуществам, по сравнению с известными методами физико-химической очистки. В то же время методы биологической очистки еще не исчерпали своих возможностей. В недалеком будущем системы очистки сточных вод должны будут обеспечить удаление биогенных элементов и полностью решить проблему утилизации осадков.

Исследованию путей интенсификации работы сооружений биологической очистки сточных вод постоянно уделяется большое внимание. Важность таких работ особенно возросла в последнее время. в связи с все возрастающим числом сооружений для очистки городских и промышленных сточных вод.

Актуальность проблемы интенсификации процессов биологической очистки сточных вод обусловлена тем, что повышение технико-экономических показателей этого способа при широком масштабе его применения даст значительный экономический эффект народному хозяйству. Поэтому в развитии техники очистки сточных вод большое значение приобретает интенсификация биохимического процесса окисления органических загрязнений.

В широком наборе сооружений биологической очистки, которая сегодня действует, использованы,по-существу, все известные метаболические особенности микроорганизмов. Имеются сооружения с ценозами, развивающимися в различных условиях, в условиях мезофильных и термофильных температур с гетеротрофными и автотрофгшм типами питания, сочитающими симбиотические, метаболические и антогонистические отношения. Ввдимо, природные ресурсы бактерий практически уже полностью реализованы в системах очистных сооружений, и дальнейшее развитие и совершенствование биологических систем будет результатом искусственного воздействия на микроорганизм.

• В предлагаемой работе рассматривается интенсификация одного из эффективных методов очистки - очистка с помощью микроорганизмов активного ила.

Процесс биохимического разрушения органических загрязнений в аэротенках происходит под воздействием биоценоза микроорганизмов,. то есть комплекса всех микроорганизмов, развивающихся в данном сооружении. Процесс биологической очистки активным илом широко применяется как цромышленных так и бытовых стоков. Для его проведения издавно используются два технических приема: аэрация сточной жидкости в аэротенках и повышение дозы активного ила. В аэротенке, представляющем собой проточный • микробиологический культиватор, происходят процессы окисления и утилизации загрязнений и роста активного ила.

Комплекс сооружений биологической очистки содержит несколько большее число элементов, однако система "аэротенк-вторичный отстойник" - это самый важный по значению и самый большой по объему узел очистной системы, функционирование которого можно изучать независимо от других сооружений.

Режим работы аэротенка определяется значениями следующих технологических параметров: объемом аэротенка, значением коэффициента рециркуляции, концентрацией потока с избыточным активным илом, гидродинамическим режимом течения жидкости в аэ-ротенке, интенсивностью аэрации и дозой ила.

Цель интенсификации биологической очистки состоит в том, чтобы при известных характернотиках стоков: расход, вид, состав и концентрация загрязнений - и заданных ограничениях на качество очищенной воды определить значение указанных технологических параметров, при которых объем зоны аэрации аэротенка будет минимальным.

Один из недостатков очистки сточных вод в аэротенках заключается в том, что образуется большое количество избыточного активного ила, который необходимо выводить из системы. Проведенные автором исследования позволяют использовать определенное количество избыточного активного ила после его обработки в гомогенизаторе для увеличения эффективности очистки.

В данной работе рассмотрено использование способа биологической очистки сточных вод в аэротенках с применением гомо-гената - продукта гомогенизирования незначительного количества избыточного активного ила для повышения метаболизма активного ила, что позволяет интенсифицировать процесс очистки сточных вод. При этом в качестве стимуляторов активного ила применяются те же самые микроорганизмы активного ила, ведущие биологическую очистку сточных вод, что также экономически выгодно поскольку не требует транспортировки каких-либо дополнительных веществ к очистному сооружению.

Цель настоящей работы заключается в теоретическом и экономическом обосновании процесса интенсификации биоценозов, ведущих очистку сточных вод от загрязнений в аэротенках с применением воздействий гомогенизации на микроорганизмы активного ила.

Экспериментальная часть работы проводилась на кафедре Канализации ШСИ им. В.В.Куйбышева и в лаборатории биологической очистки промышленных сточных вод ВНИИ ВОДГЕО. Полупромышленные исследования выполнялись на реальной сточной воде Тушинской станции аэрации г.Москвы.

1. На основании результатов исследовашш в производствен ных условиях рекомевдована схема очистки с использованием гомо генизированного шстивного ила для интенсиф^шации ОЧЕЕСТКИ сточ ных вод в аэротенке.2. Эконом^гаески целесообразно пршленять метод стшлуляции активного ила гомоге1шзированными добавками в малых очистных со оружениях, на таких как компактные очистные сооружения КУ, про изводительностью 12,25, 50 и 100 м^ суточной производительности.3. Применение гомогенизатора не вызывает увеличение смет ной СТ01Ш0СТИ станщш очистки КУ.

4. Удельные эксплуатационные затраты для предлагаемого ва рианта очистки сточных вод снижается на 16% для станции произ водительностью 50 и 100 м^/сут. на 1Q% для станции производи тельностью 25 MVcyT. и наибольшее снижение присуще для самых малых установок 12 м^/сут.- 25^.5. Проведена экспериментальная проверка технической реали зуемости и эконоь1Ической целесообразности разработанного соору жения с годовой экономией в размере 97 тысяч рублей.ОЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ современных путей развития методов биологической очистки сточных вод показал, что наиболее реальной возможностью углубления биохимического распада загрязнений в аэротенке явля ется использовшше способа биологической очистки сточных вод в аэ ротенке с применением незначительного количества гомогенизирован ных г^шкроорганизмов для повышения метаболизма активного ила, что позволяет интенсифицировать процесс очистки сточных вод.2. Экспериглентально в "контактных" условиях была найдена предельная доза активизирующей добавки - i мг/г, меньшая доза го-' могената не приводит к достаточной стимуляции очистки сточных вод шотивным илом.3. Лабораторные исследования, выполненные на моделях аэро тенков с добавкой гомогенизированного активного ила, подтверцили правильность теоретических предпосылок относительно влияния го могенизированной добавки на скорость биохиажческих реакций.4. Регулярный контроль за ходом очистки показал, что добав ка незначительного количества гомогенизированного активного ила в аэротенк не оказывает отрицательного влияния на все показате ли очистки в аэротенке.5. В результате сравнительного анализа эксперименталышх исследований в лабораторных "контактных" и проточных аэротенках решено конструктивное офо'рмление опытно-промышленной установки аэротенка с гомогенизатором в вдце аэротенка-смесителя.6. Предложенный способ позволит при внедрении увеличить про пускную способность существующих и вводигшх в строй биологичес ких очистных сооружений в 1,2 раза.7. Предложен метод расчета аэротенков с введением гомогената.8. Расчетные паршлетры и рекомендации внедрены на Монинском кшлвольном комбинате путем выполнения проекта очистных сооруже ний на стадии технико-экономических обоснований.

1. Постановление ЦК КПСС и Совета Шштстров СССР Ш 898 от 29.ХП. 1972 г. "Об усилении охрш-ш природы и з^ л:^ ч^шеш1и использования природных ресурсов." Собрание постановлений Правительства СССР, ja 2, ст.6, 1973. с.18-41.

2. Постановление Совета Шхнистров СССР от 31.У.1973 г. "Положение о государственном санитарном надзоре в СССР". Собрание постановлений Правительства СССР, В 16, ст.86,1973. с.332-341.

3. Постановление Совета Шнистров СССР !^ 408 от 2.У1.1976. "О порядке разработки и утверждения схем комплексного использования и охраны вод. Собрание постановлений Правительства СССР, iO II, СТ.57, 1976. с.216-218.

4. Постановление Совета ^Линистров СССР 15 567 от 16.УП.1976. "О мерах по усилению охраны от загрязнеьшй бассейна Балтийского моря". Собрание постановлений Правительства СССР, й 16, ст.81, 1976. с.290-296.

5. Постановление ЦК КПСС и Совета Шнистров СССР "О мерах по предотвращению загрязнения бассейнов рек Волги и Урала нео-чщенными сточными водами". Собрание постановлений Правительства СССР, й 5, ст.30, 1972. с.83-88.

6. Роговская Ц.И. О биологической очистке сточных вод в искусственных условиях. М: Материалы СЭВ, 1965.- с.20-21.

7. Роговская Ц.И. Биохимический метод очистки производственных сточных вод. М; Госстройиздат, 1967 - с.34-50.

8. Гюнтер Л.И. и др. Очистка городских сточных вод в аэро- - 142 -тенках-смесителях. "Водоснабжение и санитарная техника", В 8, 1967.- с.21-23.

9. Гюнтер Л.И., Юдина Л.Ф. Биохшжческие характеристшш активного ила в процессе изъятию загрязненш"! сточных вод. Биохиг^шческая очистка воды, материалы семинара, 1969..

10. Базякина Н.А. Очистка концентрированных промышленных сточных вод. М: Госстройиздат, 1958.- с.48-53.

11. Базякина Н.А. Аэротеьжи и биофильтры при различном качестве очищаемой воды. Санитарная технжа. Сборник работ АКХ, 1948.- с.95-98.

12. Базякина Н.А. Аэротенк-смеситель для очистки проглышлен- ных сточных вод с высокой концентрацией органическик веществ. Труды ВОДГЕО, 1948.- с.48-60.

13. Порхан Е.В. Биохимическая очистка сточ1шх вод в био- тенке. Сб. Санитарная техника. Краткие содержания докладов XXX научной конференции ЖСИ, I97I.- с.28-34.

14. Яковлев С В . и др. Удельное потребление кислорода в БПК сточной жидкости. Реф. сб., отечественный опыт, вып. 7. Изд. ЩШИС Госстроя СССР, 1970.- с.50-74.

15. Карюхина Т.А. Исследование биохигдгческого окисления в аэротешсах с отдельной регенерацией активного ила. Автереф.дисс. на соискание ученой степени к.т.н. М., 1966.- с.5-15.

16. Яковлев С В . и др. Канализация, 5-е изд. М.: Стройиздат, 1975.-

17. Меликова О.Я. Исследование и разработка аэротенка с неравномерно рассредоточенным впуском сточной воды. Автореф. дисс. на соискание ученой степени к.т.н. М., 1974.- с.5-13.

18. Роговская Ц.И. и др. Влияние температуры (от 20 до 6 градусов) на биоценоз активного ила и интенсивность биохимических процессов. Труды ВОДГЕО. Вып.43,1974.- с.28-36. - 143 -

19. Яковлев СВ., Соловьев А.Б. Интенсифшсация работы аэ- ротенка путем стиглуляции активного ила его гомогенатом. "Водоснабжение и санитарная техника", й8, I98I.- с.26-27.

20. Кост1ша I.M. Оценка влияния темпераоуры на процесс биохимической очистки. Труды ВОДГЕО. Вып. 43,1974.- с.37-39.

21. Скирдов И.В. и др. Биохиглическая очистка сточных вод в комбинированных сооружениях с применением технического кислорода (окситенках). Труды ВОДГЕО. Вып.43, 1974.- с.52-55.

22. Свенсон Н.Ч. Новые методы очистки сточных вод. "Гражданское строительство", Je II, I97I.- с.38-40.

23. Скирдов И. В. Исследование и разработка методов интенсификации работы сооружений биологической очистки сточных вод. Автореф.дисс. на соисканрю ученой степени д.т.н. М.,1977.- с.5-15.

24. Скирдов И.В. и др. Влияние концентрации активного ила на скорость биохимического окисления. Труды ВОДГЕО. Вып.43, 1974.- с.48-50.

25. Карелин Я.А., Репин Б.Н. Биохимическая очистка сточных вод предприятий пищевой проглышленности. М.: Пищевая промышленность, 1974.- с.78.

26. Репин Б.Н. и др. Малые аэрационные сооружения для очистки сточных вод активным илом. Сб. производственно-технического опыта .:^ 2, М.: Поиск, I97I.- с.43.

27. Рязанов B.I. Исследования фильтротенков для биохигличес- кой очистки производственных нефтесодержащих сто^шых вод. Автореф.дисс. на соискание ученой степени к.т.н. М.: 1974.- с.5-15.

28. Гюнтер Л.И., Юдина 1.Ф. Определение параметров аэротен- ков по физиологическим характеристикам активного ила. "Водоснабжение и санитарная техника" 1^^ II, 1972.- с.30.

29. Свдорин Л.П. и др. Условия экономической эффективности применения технического кислорода для интенсификации процессов биохШ'ЛИческой очистки сточных вод. "Водоснабжешш и санитарная техника", Ш 9, 1976.- с.24.

30. Научные труды MQi шл. К.Д.Паглфилова. Вып.1, изд. РСФСР, 1961.- с.40.

31. Наз^ чные труды Ai{} игл. К.Д.Пшлфилова. Вып. У1, изд! РСФСР, I 9 6 I . - с.35.

32. Жуков А.И., Бовдарев А.А. Объемный показатель активного ила. "Водоснабжение и санитарная техника", В 10, 1970.- 28.

33. Аграноник Р.Я,, Тзфовский И.С. Центрифугирование активного ила для очистки сточных вод с использованием фугата. "Жилшцно коммунальное хозяйство", В 2, 1968.- с.18.

34. Карелин Я.А. и др. Последние достижения в области биохшлической очистки. М., Госстрой СССР, 1975.- с.92.

35. Сшлохин В. П. Новая техшша в проектах центрального производства ГПИ Союзводоканлпроект. "Проектирование водоснаб-жешю, и канализации", 1970, серия 1У, J5 3, с.55-60.

36. Орловский S.A. и др. Влияние концентрации растворенного кислорода в аэротеш^ах на экономичность их эксплуатацш!. Сб. "Очистка производственных сточных вод". Сб. 5, М.: Стройиз-дат, 1973.- с. 123-130.

37. Яковлев В.и др. Пути интенсифшсации процессов биологической очистки прилышленных сточных вод с позиций биохшлрш. Труды ВОДГЕО. Вып. 64, 1977.- с.72.

38. Разумов А.С. г^йкробиологические сапробности водоемов, загрязненных промышленшми водагли. О системат1же нитчатых бак-- 145 -териЁ. "1у1икробиология,", Ul, В 8, 1961.-е. 56.

39. Карелин Я.А. и др. Очистка производственных сточных вод в аэротенках. М.: Стройиздат, 1973.- с.128-140,

40. Рекомендации по пуску, наладке и эксплуатации сооружений биохиглической очистки некоторых производственных сточных вод, содержащих моющие вещества. ВНИИ ВОДГЕО, М.: 1972.- с.41.

41. Лурье Ю.Ю. Унифицировашые методы анализа воды. М.: Химия, I97I.- с.56-57.

42. Непрерывное культивирование микроорганизмов. Под ред. Малека И. и Фенцеля 3. М.: Пищевая промьшленноеть, 1968.- с.103.

43. Романовский Ю.М. Что тш^ое математическая биофизика. М.: Просвещение, I97I.- с.98.

44. Гофман Э. Динамическая биохиг./1Ш1. М.: Медицина, I97I.- 46.

45. Соловьев А.Е. Использование гомоге1Шзированного активного ила для интенсификации работы аэротенка.- ЦИНИС, Госстрой СССР, 1979.

46. Скулачев В. П., Мае лов С П . Роль нефосфоре лирующег о окисления в терморегуляции. Биохшлия. т.25, вып.6,I960.-с.134.

47. Ленинджер А., Штоховдррш. М.: Ш р , 1966.- с.128-134.

48. Скз^лачев В.П. Аккомуляция энергии в клетке. М.: Наука, 1969.- с.101.

49. Котельникова А.В., Звягинцева Р.Н. Биохш/1Ия дрожжевых митохондрий. М.: Наука, 1973.- с.91.

50. Бах А.Н. Собрание трэдов по химии и биохимии. М.: АН СССР, 1950.- с.245.

51. Методика определения дегвдрагиназной активности и окислительно-восстановительного потенциала при технологическом контроле за работой аэротенков. ОНТИ АКХ, 1970.- с.25.

52. Способ очистки сточных вод. Патент Франции .i^ 7515544, 1976.

53. Яковлев СВ., Карюхина Т.А. Биохимические процессы в очистке сточных вод. М.: СтроГшздат, 1980.

54. СимаЕШВ Ю.Г., Яковлев СВ., Ласков Ю.М., Соловьев А.Е. Способ биологической очистки сточных вод. Авт.свид. СССР ЯббЭЭбС Б.И. }Ь 37, 1979.

55. Инструкция по определению экономической эффективности использования в строительстве новой техники. М.: Стройиздат, 1979.- с.5.

56. Методинеские рекомендации по технш^о-экономическон оценке проектных решений систем инженерного оборудования (водоснабжение и канализация). ЦНИИЭП инженерного оборз'дования, М.: 1978.- с.26.

57. Методические положения по расчету сравниваемой эконо- ми^юской эффективности методов очистки промышленных сточных вод ВОДГЕО, М.: 1973.- с.45.

58. Норма аглортизационных отчислений по основным фовдшл народного хозяйства СССР. М.: Госплан СССР, 1974.- с.38.

59. Технические ут^азания на прьшязку, монтаж и эксплуатацию установок заводского изготовления для очистки сточных вод методом полного окисления и аэробной стабилизации в сельских населенных пунктах. АКХ шл. К.Д.Памфилова, М.: 1977.-с.28.

60. Основные направления социально-экономического развития народного хозяйства СССР до 1990 г. (градостроительство и жили-щно-гразданское строительство). Отчет 'й 2422, М.: ЦНИИЭП инженерного оборудования, 1978.- с. 79.

61. Гинзбург I.P., Швытов И.А. Управление биосинтезом микроорганизмов. Красноярск: 1973.- с.14-15.