автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Очистка природных вод биосорбционным методом

РГо ОД

2 2 ДЕК 2300 '

На правах рукописи

ПУШНИКОВ МИХАИЛ ЮРЬЕВИЧ

ОЧИСТКА ПРИРОДНЫХ ВОД БИОСОРБЦИОННЫМ

МЕТОДОМ

05.23.04 - Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2000г.

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии - ордена Трудового Красного Знамени комплексном научно-исследовательском и конструкторско-технологическом институте водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии «ФГУП НИИ ВОДГЕО».

Научный руководитель - доктор технических наук,

Ведущая организация - Государственный проектный институт азотной промышленности (ГИАП).

Защита состоится 6 декабря 2000 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета К 033.05.02 в Федеральном государственном унитарном предприятии - ордена Трудового Красного Знамени комплексном научно-исследовательском и конструкторско-технологическом институте водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии «ФГУП НИИ ВОДГЕО» по адресу: 119826, г.Москва, Комсомольский проспект, 42.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИ ВОДГЕО Автореферат разослан « 3 » ноября 2000г.

Ученый секретарь диссертационного совета

профессор Швецов В.Н.

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Журба М.Г.

доктор технических наук, профессор Драгинский В. Л.

кандидат технических наук

Чистякова Е.А.

нт .т .23, о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы. В последние годы в ряде регионов сложилось тяжелое положение с обеспечением населения доброкачественной питьевой водой, необходимого элемента жизнедеятельности человека. От ее качества зависит состояние здоровья людей, уровень их санитарно-эпидемиологического благополучия, степень комфортности, и, следовательно, социальная стабильность общества. Поэтому решение проблемы обеспечения населения России безопасной для здоровья питьевой водой является одной из важнейших государственных задач.

В настоящее время качество воды большинства природных водоисточников не удовлетворяет нормативным требованиям. Это вызвано нарастающим в последние годы загрязнением водоемов веществами антропогенного происхождения. Качество воды многих рек на европейской и азиатской частях страны, характеризуется повышенными концентрациями фенолом (до 7-8 ПДК), хлороргаиических пеетицидои (до сотен мг/л), аммонийного и нитритного азота (до 10-16 ПДК), нефтепродуктов (до сотен и тысяч ПДК), ионов Хп, Си, РЬ (десятки ПДК).

На действующих водопроводных станциях в основном применяются технологии, не соответствующие современному уровню загрязнений, и часто не обеспечивающие требования санитарных правил и норм «Питьевая вода Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» (СанПиН 2.1.4.559-96). В связи с этим, в сочетании с традиционными технологиями необходимо применять новые методы, позволяющие обеспечить существующие нормативы.

В последнее время в нашей стране и за рубежом на станциях водоподготовки применяют традиционные схемы в сочетании со ступенью предварительной биологической очистки, которая позволяет удалять природных загрязнений в начале технологической цепочки.

В сложившейся ситуации перспективным является применение в качестве ступени биологической предочиетки воды технологии, совмещающие в себе процессы сорбции загрязнений и их биологического окисления в одном сооружении, что позволит удалять наряду с природными загрязнениями также загрязнения антропогенного характера.

Одним из методов, позволяющих реализовать данную технологию, является разработанный в НИИ ВОДГЕО новый биотехнологический способ глубокой очистки сточных вод - биосорбция. Разработанный первоначально в качестве метода глубокой доочистки сточных вод он нашел успешное применение для очистки воды от ряда специфических загрязнений. Исследования, проведенные на чистых биорезиетентпых и трудноокисляемых веществах, позволили распространить применение биосорбци-онного метода на природные воды, которые отличаются от сточных более низкими концентрациями загрязнений, наличием преимущественно трудноокисляемых веществ, сезонным характером их появления в периоды относительно непродолжительных паводков, а также низкими температурами воды в течение длительного зимнего периода

Принципиальная возможность применения биосорбционного метода в качестве сту пени предочистки продемонстрирована специалистами НИИ ВОДГЕО результатами обширных исследований. Однако недостаточная научная информация по ряду вопросов ограничивала его широкое применение в схемах водоподготовки.

Диссертационная работа направлена на дальнейшее изучение биосорбционного процесса, на разработку конструкции биосорбционных аппаратов, позволяющих создать оптимальный технологический и экономический режимы работы в условиях водоподготовки.

Научно-исследовательские работы проводились в лаборатории технологических схем НИИ ВОДГЕО по плану ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НИР ГНЦ НИИ ВОДГЕО в рамках темы 3.1 .«Разработка научного обоснования глубокого удаления токсичных и трудноокисляемых загрязнений из природных и сточных водбиоеорбцион-ным методом», а также по хоз. договору № 5193 с МП ПО «ВОДОКАНАЛ» г. Рязань по теме «Исследование эффективности биосорбционного метода для очистки речной воды города Рязани».

Цель настоящей работы заключается в разработке технологии и методики расчета биосорбционного способа очистки питьевой воды, применяемого на стадии предочистки. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

• проведен анализ результатов научно-исследовательских работ и данных промышленных испытаний сооружения и аппаратов для биологической предочистки природных вод различного состава;

• оценен современный уровень научных разработок, показывающий преимущество исиольммшия иммобилизованных (прикрепленных) микроорт-шимон на различных носителях для окисления биорезистетных и биоокис-ляемых загрязнений присутствующих в природных и сточных водах.

• проанализированы и обоснованы представления о биосорбционном окислении загрязнений антропогенного и природного характера;

• в реальных условиях проведены длительные испытания биосорбционного процесса очистки природной воды. Установлено влияние температуры, получены кинетические константы и зависимости позволяющие рассчитать биосорбер на требуемую степень очистки при любой температуре;

• определен гидродинамический режим работы биосорбера являющийся оптимальным по технологическим параметрам, исследованы гидравлические характеристики акгиоировшшыч углей различных марок применяемых » биосорберах;

• разработана новая конструкция водораспределительной системы биосорбера;

• разработана методика расчета биосорбера позволяющая определить основные технологические и конструктивные параметры;

• определена технико-экономическая эффективность внедрения биосорбци-онной предочистки на станциях водоподготовки.

Научная новизна результатов, полученных автором диссертации, состоит в следующем:

• впервые получены кинетические зависимости удаления из природных вод органических загрязнений, аммонийного азота и цветности биосорбцион-ным методам;

• экспериментально подтверждена высокая барьерная роль биосорберов в условиях сильного антропогенного загрязнения водоисточников;

• впервые экспериментально установлена возможность использования био-сорберов в условиях низких температур, вплоть до 0,5 °С;

• получена зависимость влияния температуры (в диапазоне от 0,5 до 25°С) на интенсивность процессов биосорбционного окисления органических соединений и аммонийного азота. Показано, что влияние температуры на кинетику окисления органических загрязнений и нитрификации природных вод описывается уравнением Аррениуса. Найдены значения коэффициентов и констант, входящих в это уравнение;

• установлено влияние гидродинамической обстановки в псевдоожиженном слое ГАУ на эффективность биосорбционных процессов.

Практическое значение работы состоит в разработке методики технологического и гидравлического расчета биосорберов. Впервые получены основные технологические параметры работы биосорберов на природной воде. Разработана конструкция водораспределительной системы, обеспечивающая оптимальные гидродинамические условия в псевдоожиженном слое угля биосорбера. Использование полученных научных и производственных результатов позволяет расширить область применения биосорберов в различных технологических схемах водоподготовки.

Внедрение результатов работы. На основе выполненных исследований разработаны рекомендации на проектирование технологической схемы доочистки природных вод загрязненных антропогенными соединениями. Рекомендации внедрены при разработке рабочей документации промышленных установок по очистке подземных вод на водопроводных станциях: пос. Перегребное, пос. Сорум и пос. Светлый Западной Сибири производительностью 1500 м3/сут.

Апробация работы. Доклад по результатам работы был представлен на четвертом международном конгрессе «Вода: экология и технология» Экватек-2000. Результаты исследований докладывались на научном техническом совете НИИ ВО-ДГЕО.

Публикации. По теме диссертации опубликовало 2 статьи и получен патент «Способ ПшшничсскпП очисти поди <м фулмоокпсинсммх орншнческнл онушпе-ни(1»,№ 2156748,27.09.2000г.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов н списка литературы из 97 наименований. Общий объем диссертации 112 страниц, содержит 33 рисунков, 4 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Введение посвящено обоснованию актуальности темы диссертации, показано, что в условиях сильного антропогенного загрязнения воды природных водоисточников для достижения требуемых нормативов качества питьевой воды в сочетании с традиционными схемами водоподготовки целесообразно применять биотехнологию на стадии предочисткн. Одним из перспективных при обработке природных вод является биосорбционный метод очистки, разработанный в НИИ ВОДГЕО.

Во введении определена цель, приведены основные положения работы, изложена научная новизна, практическая значимость и данные о внедрении результатов исследований в производстве.

Впервой главе диссертации представлен обзор результатов исследований и промышленной реализации в отечественной и зарубежной практике методов и средств очистки природных вод загрязненных веществами антропогенного характера.

В условиях, когда действующие станции водоподготовки не могут обеспечить современные требования ГОСТ, в связи с тем, что при их разработке не учитывалось сильное антропогенное загрязнение водоисточников имеющее место в настоящее время, на ряде станций, проектируются и внедряются дополнительные ступени, позволяющие получить питьевую воду необходимого качества. Как одно из средств, улучшения качества воды перед осветлением используется предварительное хлорирование. Однако при первичном хлорирование в очищенной воде образуются токсичные хлорорганические соединения, появление которых вызвано взаимодействием активного хлора с присутствующими в природных водах органических соединениями природного и антропогенною происхождения.

В настоящее время разработан ряд технологий, основанных на сочетании традиционных методов обработки воды с озонированием и сорбцией на гранулированном активированном угле. В результате многочисленных исследований подтвердилась возможность достижения по этим технологиям нормативных требований в от-

ношении нефтепродуктов, фенолов, хлорфенолов, полиароматических углеводородов, различных классов пестицидов и других токсичных соединений. Однако, применение озонирования связано с высокими капитальными и эксплуатационными затратами, а сорбционная очистка на активированном угле ограничена в связи с проблемами регенерации больших объемов сорбента после 1-1,5 лет эксплуатации.

В сложившейся ситуации наиболее перспективным направлением в решение проблем, связанных с получением доброкачественной питьевой воды, является применение биотехнологий на стадии предочистки. Применение биологических методов позволит удалить значительное количество загрязнений природного и антропогенного происхождения уже на начальной стадии обработки воды, что сократит расход реагентов и приведет к снижению количества образующегося осадка при дальнейшей реагентной обработке.

Развитие исследований в области биотехнологии показывает, что в последние годы большой интерес у исследователей вызывает иммобилизация ферментов и бактерий путем закрепления их на инертной и обычно нерастворимой матрице. Многочисленные исследования выявили широкие возможности иммобилизованных биосистем. Использование иммобилизованных микроорганизмов позволяет применять биологические методы для очистки природных вод от различных трудноокисляемых и токсичных веществ. Благодаря иммобилизации создаются условия для роста специфических микроорганизмов - деструкторов сложных органических веществ, обладающих низкой скоростью роста и неспособных развиваться в традиционных очистных сооружениях со свободно плавающей биомассой. В последнее время в зарубежной и отечественной практике широкое распространение получило применение сооружений с прикрепленной микрофлоры, в которых в качестве материалов-носителей применяются различные зернистые и гранулированные материалы, такие как песок, керамзит, стекло, пластмассы, цеолиты и, наконец, активированные угли.

Одним их ведущих направлений в совершенствовании технологии водоподго-товки является использование биосорбционных методой, позволяющих совмещать в пространстве и во времени адсорбцию загрязнений и их дальнейшую биодеструкцию, что технологически и экономически перспективно. Процесс с прикрепленной микро-

флорой на практике реализуется в сооружениях со стационарной загрузкой типа биофильтр, а также в реакторах со взвешенным слоем загрузочного материала.

Адсорбция на активированном угле наиболее распространенный метод глубокой очистки природных вод. Особенно эффективен активированный уголь при удалении загрязнений шггро ногам ого характера.

Современный уровень понимания механизмов функционирования "биоактивного" угля может быть сформулирован следующим образом. Во время обработки воды активированный уголь начинает адсорбировать органические вещества, некоторые из которых могут служить субстратом для развития микроорганизмов, которые в течение некоторого времени будут брать на себя основную роль в процессе очистки, увеличивая срок службы сорбента. Не сорбирующие инертные материалы (кокс, керамзит, песок и др.), по-видимому, не смогут обеспечить такой же эффективности как активированный уголь, однако это оказывается верным только при удалении органических веществ при низких концентрациях.

На основании литературного обзора и данных оценки состояния работы техно- , логических схем водоподготовки, в условиях сильного антропогенного загрязнения природных водоисточников сформулированы следующие выводы:

- традиционные схемы водоподготовки не позволяют обеспечить существующие нормативы, предъявляемые к питьевой воде, поэтому необходимо применять современные технологии очистки воды;

- наиболее рационально осуществлять биологическую предочистку, которая позволит снизить уровень природных загрязнений, поступающих на последующие стадии очистки;

- благодаря ряду технологических и экономических преимуществ на стадии предочистки биосорбционная технология, реализуемая в аппаратах с псев-доожиженным слоем активированного угля, может рассматриваться как весьма перспективная для удаления антропогенных загрязнений.

Вторим гляпп диссертации посвящена развитию теоретических представлений бносорбщинмкно окисления шри шсииИ и динимики рост микроирннинмип и сооружениях с прикрепленной микрофлорой, а также влияния температуры на процессы окисления.

Анализ современных тенденций развития биологических методов и технологий биологической очистки природных вод свидетельствует о том, что наиболее перспективным направлением интенсификации процессов с использованием микроорганизмов является их иммобилизации на носителях.

Прикрепление микроорганизмов на различных насадках упрощает и облегчает их селекцию и адаптацию, позволяет более эффективно использовать явление естественного отбора при окислении органического субстрата.

В популяции микроорганизмов имеется целый спектр исходных, медленно растущих видов, осуществляющих деструкцию трудноокисляемых органических загрязнений, которые в обычном сооружении вымываются. Применение насадок позволит задерживать эти виды и тем самым осуществлять окисление органических загрязнений, которые в природных водах находятся в очень низких концентрациях и окисляются с низкой скоростью. Экспериментально показано, что окисление биорезистентных субстратов возможно только на носителе, обладающем адсорбционной активностью по отношению к этим субстратам.

Механизм процесса биосорбционного окисления потвержден экспериментальными исследованиями, проведенными зарубежными и отечественными специалистами в широком диапозоне варьирования параметров, с различными загрузочными материалами и обрабатываемыми водами различного состава. При биосорбции происходит концентрирование трудноокисляемого органического субстрата, который находится в очень низких концентрациях в природных водах с одновременным его трансформированием в биоразлогаемую форму, и последующей десорбцией продуктов в биопленку.

Кинетические закономерности изъятия загрязнений и динамики роста микроорганизмов в сооружениях с прикрепленной микрофлорой целесообразно описывать уравнениями ферментативных реакций, что позволит более правильно отразить сущность протекающих на загрузке процессов и создаст теоретическую основу для объяснения механизма и математического описания процесса.

Работами Моно и Иерусалимского Н.Д. было показано, что скорость роста биомассы (ц) описывается уравнением аналогичным уравнению Михаэлиса-Ментен: Ц = Hn,.x*S/(Km+S), (1)

Работами Скирдова И.В., Щвецова В.Н., Морозовой K.M. и др. достаточно достоверно иокапши возможность использовании фундаментальных закономерностей ферментативной кинетики для описания процессов биологической очистки.

Одним из параметрив существенно влияющим на кинетику ферментативной реакции является температура.

С увеличением температуры скорость фермента ппшых реакций иофнетаег. Однако это увеличение скорости происходит в определенном интервале температур. При достижении некоторой, температуры скорость реакции достигает максимального значения. Дальнейшее увеличение температуры приводит к снижению скорости процесса. Причиной снижения скорости ферментативной реакции является тепловая денатурация белковой молекулы фермента, сопровождающаяся утратой последней каталитической активности.

Таким образом, зависимость скорости ферментативной реакции от температуры графически выражается кривой с максимумом при оптимальной температуре.

Рис. 1. Влияние температуры на скорость ферментативной реакции. В литературе показано, что в пределах температур, когда тепловая денатурация еще не оказывает существенного влияния, зависимость константы скорости ферментативной реакции от температуры описывается уравнением Аррениуса:

или в логарифмической форме:

Тот

V f

►

Т

2(6)

где: /:„- энергия тсппшции реакции; К - гшоная постоянная; А -- нроджено-ненциальный множитель; Г-абсолютная температура.

Используя уравнение 2(6) графическим методом можно определить константы входящих в уравнение Аррениуса, после чего рассчитать скорость окисления загрязнений находящихся в речной воде в диапазоне температур от 0 до 30 °С по уравнению:

у - РТ*""

пи» М' .V/ - ~>

1 + е '"е "<

где: Р- эмпирический коэффициент, 5,// - энталышя и энропия инактивации соответственно.

Таким образом теоретический анализ механизма биосорбционного процесса продемонстрировал возможность и перспективность его применения для очистки природных вод характеризующихся низкими концентрациями органических загрязнений, являющихся в основном трудноокисляемыми, и не удаляемых по традиционным схемам подготовки воды, а также возможность обработки воды при низких температурах.

В третьей глине диссертации сформулированы задачи прицелена методика проведенных исследований.

Первая часть исследований выполнена на лабораторных биосорбционных установках на модельных стоках, один из которых содержал трудноокисляемые вещества обусловливающие цветность- таннины, а другой -гуминовые кислоты, также в очищаемую воду добавлялись биогенные элементы, такие как соли азота и фосфора. Цель данных исследований заключалась в оценке возможности применения биосорбционного метода для очистки высокоцветных природных вод, получении кинетических констант и основных закономерностей.

Лабораторная установка включала биосорбер, выполненный в виде колонны из оргстекла диаметром 50 мм и высотой 400 мм, аэрационную камеру и дозирующее устройство. В качестве загрузки использовался уголь марки АГ-5. Производитель-

и

моем, установки 8,0 л/сут. Принципиальная схема лабораторной уаапоики ирслспш- ^ лспл па рис.2.

Рис.2. Принципиальная схема лабораторного биосорбера.

Цветность исходной воды содержащей танины, подаваемой на первый биосор-бер, изменялась от 80° ПКШ до 250° ПКШ. На второй биосорбер подавалась вода с цветностью, обусловленной присутствием в ней гуминовых кислот и изменяющейся в диапазоне 50' 170°ПКШ.

Наряду с цветностью в ходе эксперимента также отслеживалось изменение ХПК и соединений азота.

Вторая часть исследований заключалась в проверке и уточнении полученных на лабораторных установках технологических параметров биосорбционного метода очистки природных вод, на полупромышленной биосорбционной установке, а также получении в реальных условиях, конкретных данных необходимых для расчета сооружения. Цель этих исследований:

- в реальных условиях определить кинетические зависимости удаления из природных вод органических загрязнений и аммонийного азота;

- получить зависимости влияния температуры исходной воды на интенсивность процесса биосорбционного окисления, а также экспериментально

проверить работу биосорбера в условиях низких температур в пределах 0,5-3 °С.

Опытно промышленная установка производительностью до 1000 м3/сут, была построена па станции водоподготовкн ПО ВОДОКАНАЛ г. Рязань(рис.З).

Рис.3. Схема полупромышленной биосорбционной установки. Конструктивно биосорбер был выполнен в виде трех последовательных колонн, диаметром 1,2 м, суммарная высота которых составляла 12,2 м.

В качестве загрузочного материала биосорбера использовался активированный уголь марки АГ-5 в количестве 4,65 т. Установка была снабжена циркуляционным насосом производительностью 40 м3/час и напором 8-10 м., позволяющим поддерживать постоянный гидродинамический режим работы сооружения при изменении расхода обрабатываемой воды.

Третья часть исследований посвящена изучению гидродинамического режима работы биосорбера. Учитывая, что основным элементом биосорбера является зона реакции с псевдоожнженым слоем, целью этого этапа исследований было:

- определение гидродинамического режима работы биосорбера, обеспечивающего оптимальные технологические параметры;

- изучение гидравлических характеристик активированных углей различных марок;

- отработка технологических параметров работы биосорбера на пилотной установке с новой распределительной системой.

Изучение гидравлических характеристик АУ проведено на лабораторном модельном стенде, который представлял собой колонну из оргстекла диаметром 80 мм и высотой 1500 мм. Установка была оборудована пьезометром и расходомером. В ходе эксперимента были исследованы активированные угли марки АГ-5, АГМ, УСК-3. Определение технологически оптимального гидродинамического режима работы биосорбера проведено на полупромышленной установке в реальных условиях.

Исследования, направленные на определение технологических параметров, проведены на пилотной установке, которая представляла собой колонну, выполненную из оргстекла диаметром 80 мм и высотой 2000 мм. Взвешивание активированного угля осуществлялось потоком жидкости, создаваемым циркуляционным насосом. Исследования проводились в реальных условиях на воде р. Ока.

В четвертой главе диссертации приведены результаты экспериментальных исследований, проведенных на лабораторных и полупромышленной установках.

Данные, полученные в результате работы лабораторных биосорбционных установок на модельных стоках, содержащих танины(высокомолекулярные вещества с большим числом фенольных гидроксильных групп) и гуминовые кислоты, обуславливающие цветность природных вод показали высокую эффективность их работы. Усредненные данные работы биосорберов и полученные константы приведены в таблице 1.

Таблица!.

Параметры Цветность, "ПКШ Эффективность, % Умах, °ПКШ/г/сут Км, °ПКШ

Вход Выход

Биосорбер-1 (танины) 1-режим, 2-режим. 100 190 46 116 54 61 9,0 45

Бисорбер-2 (гуминовые кислоты 103 13 87 14,5 10,4

В гоже время, на протяжении всего времени работы в биосорберс наблюдался процесс нитрификации. Аммонийный азот в основном расходовался на процессы ассимиляции, а избыток - окислялся до нитратов. При концентрации аммонийного азота в исходной воде 6 мг/л, подаваемой на первый биосорбер в очищенной воде содержание аммонийного ¡пота не превышало I мг/л.

В результате исследований, проведенных на полупромышленной биосорбциоп-ной установке производительностью до 1000 м3/сут, в реальных условиях показана эффективность работы установки по снижению окисляемости и аммонийного азота. Проведение эксперимента в течение 2-х лет позволило изучить влияние температуры на эффективность работы биосорбера в широком диапазоне температур от 0,5 °С до 25 °С. Эффективность снижения окисляемости представлена на рис.4. В период ис-

Рис.4. Динамика изменения окисляемости, температуры и эффективности во времени.

9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 Недели.

следований эффективность удаления органических загрязнений оцениваемых по окисляемости, изменялась в диапазоне 8-35%, при среднем значении 19%. С увеличением температуры до 20-25 "С эффективность возрастает до 25-35%.

В ходе эксперимента также выявлено влияние низкой температуры исходной воды (порядка 0,5-3°С) на эффективность работы биосорбера. Это обусловлено суровыми климатическими условиями в ряде регионов РФ, в которых температура воды

шшсрхпосншх иодопстчпнкон ин пршнмсммн дшпслиимо ШММ1Ч0 период» НС ирс-ныншсг 3"С.

В зимний период работы установки эффективность удаления по аммонийному азоту и окисляемости достигали 80% и 34%, соответственно. При этом средняя температура воды в р.Оке не превышала 2 °С, а в отдельные периоды снижалась до 0,5-1 °С, что существенно не отражалось на эффективности работы биосорбера. Усредненные результаты работы биосорбера в зимний период представлены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2.

11аримстры неделя

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 II

Температура, "С 1,2 1,7 1,9 1,3 1,6 1,1 1,1 1,5 1,1 1,0 2,03

Аммонийный азот, мгЫ/л:

исходная вода 1,2 1,2 1,13 1.2 1,4 1,4 1,3 1.2 1,1 0,9 0,87

очищенная вода 0,8 0,7 0,6 0,4 0,2 0,3 0,2 0,2 0,3 0,2 0.2

Эффективность очистки, % 38 39 47 70 82 83 76 82 71 82 77

ТаблицаЗ.

Параметры неделя

I 2 3 4 5 6 7 8 9 10 II

Температура, "С 1,3 1.2 1,1 1,0 1,0 1,6 2,7 3,4 5,9 8.2 8,4

Окисляемость мг/л:

исходная вода 5,2 5,4 4,9 4,7 6,2 5,8 6,0 6,7 7,8 5,3 4,4

очищенная вода 4,7 4,9 4,6 4,3 5,6 4,7 4,9 5,3 5,3 3,5 3,7

Эффективность очистки, % 9 9 6 8 II 19 19 20 32 34 10

Получены основные кинетические зависимости удельной скорости окисления органических загрязнений и нитрификации от температуры. Статистическая обработка данных показала, что эта зависимость описывается уравнением Аррениуса. Графическим методом определены основные кинетические константы и К„, дня температуры 12°С, которая является среднегодовой на территории РФ, а также все константы и коэффициенты, входящие в уравнение Аррениуса, приведенные в таблице 4.

Таблица 4.

Параметры Е, ккал/моль, ДН, ккал/моль. ДЭ, ккал/моль/гр, Р

Уд.ск.окисления органических загрязнений. • 8,3 82,3 0,263 1,9* 101

Уд.ск. нирификации. 7,5 138,4 0,44 0,057*10''

Экспериментальная и теоретическая (рассчитанная по уравнению 3.) зависимости удельной скорости снижения органических загрязнений оцениваемых по окис-лясмости от температуры прицелены на рис.5.

Рис.5. Зависимость удельной скорости снижения окисляомос-ги от температуры.

о, ч О, 8 0, 1

1 . О, 6

У & и.

о, 4

8 ^ 0,3

5 О, 2 о, 1 о, о

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Температура, гр.С.

Результаты работы лабораторных биосорбционпых установок на модельных стоках, содержащих танины и гуминовые кислоты, показали высокую эффективность применения биосорберов для очиегки высокоцпстпых вод. Полученные кинетические константы позволяют рассчитать биосорбер на требуемую степень очистки, зная характер загрязнений, обуславливающих цветность воды. Данные, полученные в ходе эксплуатации полупромышленного биосорбера в течение длительного времени, включающего и зимний период показали высокую эффективность удаления, как органических загрязнений, оцениваемых по окисляемости, так и аммонийного азота. Тем самым доказано, что процессы биохимического окисления в микропористой структуре активированного угля достаточно интенсивно протекают при низких температурах воды вплоть до 0,5 °С. Полученные константы и коэффициенты, входящие в уравнение Аррениуса, позволяют рассчитать удельную скорость окисления загрязнений в широком диапазоне температуры исходной воды.

Пятая глава диссертации посвящена теоретическим представлениям гидродинамики процесса псевдоожижения, а также определению технологически и экономи-

чески оптимального гидродинамического режима работы биосорбера, и изучению гидродинамических характеристик активированных углей различных марок.

Основным элементом биосорбера является зона реакции с псевдоожнженным слоем. Оптимальным условием для протекания биосорбционных процессов является хороший массообмен, который обеспечивается созданием однородного, устойчивого псевдоожиженного слоя загрузки. Основной качественной характеристикой псевдоожиженного слоя при работе сооружения является его степень расширения.

Существующие методы расчета адсорбционных аппаратов с псевдоожиженным слоем загрузки разработаны применительно к адсорберам, работающим с чистым сорбентом, имеющим определенные и постоянные характеристики (форму и размеры частиц, их плотность, структуру поверхности и др.).

Активированные угли, применяемые в биосорберах, отличаются размерами и плотностью гранул, что сказывается на их гидравлических характеристиках. В связи с 'этим теоретические зависимости для ряда реальных крупномасштабных шнтршо» должны корректироваться на основе экспериментальных исследований с каждым загрузочным материалом. Гидравлические характеристики активированных углей существенно влияют на параметры псевдоожиженного слоя. Для оценки интенсивности массообмена и определения высоты аппарата необходимо знать объем или высоту слоя в рабочем, т.е. в расширенном состоянии.

Расширение слоя при псевдоожижении описывается уравнением: vjve^e'- (3)

где: е - порозность слоя;V-рабочая скорость;К.-скорость витания частицы; 2„ - функция критерия Рейнольдса.

Как показал опыт эксплуатации полупромышленного биосорбера при степени расширения до 30% наблюдалось накопление загрязнений в слое загрузки. Это приводило к образованию вторичных загрязнений и существенно сказывалось на качестве очистки. Эффективность нитрификации при этом не превышала 5-10%. Увеличение степени расширения до 40-42%, позволило выйти на требуемую степень очистки. В этот период эффективность снижения азота аммонийного возросла до 70-80 °/о, а эффективность снижения окисляемости составила в среднем 15-20 %.

Исследования, целью которых было определение гидравлических характеристик АУ марок: АГ-5, АГМ, УСК-3, имеющих разный насыпной вес: 0,65, 0,59 и 0,54 т/м3 соответственно, проводились на лабораторном стенде. Полученные данные позволили получить реальную кривую псевдоожижения для этих углей и зависимость степени расширения загрузки (в %) от скорости восходящего потока рис.6.

Рис.6. Зависимость степени расширения, и удельных потерь напора от скорости восходящего потока для различных углей.

По данным графика устойчивый кипящий слой, при котором происходит равномерное по всему объему псевдоожижение угля и расширение при этом составляет 40-42%, достигается при «рабочей скорости» 33 м/ч - для угля АГМ, 46 м/ч - для угля АГ-5, и 51 м/ч- для УСК-3. При этом удельное значение перепада давления для этих активированных углей составляет 0,17,0,3, 0,22 м.вод.ст/м, соответственно. В ходе эксплуатации полупромышленной установки был выявлен ряд недостатков применяемой колпачковой системы большого сопротивления для распределения воды в биосорберах. Она характеризуется высокими пусковыми и рабочими потерями напора. К тому же, данный тип конструкции водораспределителя приводит к истиранию чисти угля, I .к. н|ш(|4)чом |>ожимо см)|хю 11. ИМХ11ДП арум III оторопи иодориафо-дели геля составляет 2-2,5 м/с, попадание активированного угля в эту зону приводи т к механическому истиранию частиц угля друг о друг» и об днище сооружения.

Учитывая эти недостатки, была разработана более совершенная водораспределительная система. Принципиальное отличие, которой заключается в том, что она исключает присутствие частиц угля в зонах высоких скоростей, предотвращая тем самым их механическое истирание, рис.6. Вертикальная составляющая скорость потока в камере должна быть больше или равна скорости витания частицы угля, последняя определяется экспериментально и для исследованных углей составляет: АГМ -ЗООм/ч, АГ-5 -245м/ч, УСК-3 - 410м/ч. Благодаря простоте конструкции эта водораспределительная система имеет меньшие пусковые и рабочие потери напора. Таким образом, исследования, направленные на определение влияния степени расширения загрузки на эффективность работы биосорбера, позволили экспериментально установить оптимальный гидродинамический режим работы сооружения. В ходе эксперимента определена технологически и экономически оптимальная степень расширения слоя активированного угля.

Рис.6. Принципиальная схема разработанной распределительной системы. 1-аванкамера; 2-рабочая зона; 3-впускной патрубок. Испытания, проведенные на модельном стенде, показали существенные отличия в гидравлических характеристиках активированных углей различных марок. Эти отличия необходимо учитывать при расчете высотой схемы биосорбера.

ш

Была разработана принципиально новая водораспределительная система конструкция, которой отработана на пилотной установке,

В шестой главе диссертации представлена методика расчета промышленного бносорбера, а также выполнена технико-экономическая оценка эффективности применения биосорберов в качестве ступени предварительной очистки, в сочетании с традиционными схемами водоподготовки в условиях сильного антропогенного загрязнения водоисточника.

Основу технологического расчета биосорбера составляет определение требуемого количества активированного угля (Ругм) на базе экспериментально определенно удельной скорости окисления по заданному лимитирующему показателю (окисляе-мость, азот аммонийный или другие лимитирующие компоненты) в зависимости от требований, предъявляемых к качеству очищенной воды.

Ругм = С-с -Ца)*<3/г * 1 ООО, (т)

где: О-расход сточных вод, м'/час; Цч-концентрация загрязнений (окисляе-мость, азота аммонийного и др. специфических компонентов) в исходной воде, мг/л; Ц„-концентрация загрязнений (окисляемость, азота аммонийного и др. специфических компонентов) в очищенной воде, мг/л, г - удельная скорость окисления при заданной температуре, которая определяется по уравнению (3);

На основании выполненных технологических и кинетических расчетов определяют!:.' конструктивные параметры биосорбера: высота, диаметр, необходимый шшо) (потери напора), параметры выпускного устройства и др.

Рабочая скорость восходящего потока определяется по формуле: Г = У,егоКг (4)

где: Кг - коэффициент гидравлических свойств загрузки.

Разработанная методика позволяет рассчитать технологические и конструктивные параметры биосорбера для очистки природной воды до требуемого качества при любой температуре.

Представлены результаты технико-экономического обоснования применения биосорберов по сравнению с озоно-сорбционным методом на водопроводных станциях трех поселков Западной Сибири производительностью 1500 м5/сут.

Общие вывалы.

Впервые теоретически и экспериментально обоснована целесообразность применения биологических методов для очистки природных вод характеризующихся низкими концентрациями трудноокисляемых органических загрязнений, а также низкими температурами воды в течении длительного зимнего периода.

1. Анализ отечественных и зарубежных материалов по методам очистки природных вод, содержащих антропогенные соединения, показал, что для повышения качества питьевой воды, необходимо осуществлять их предочистку. Наиболее целесообразно применять для этого биологические методы, основанные на использовании естественных биоценозов и искусственных носителей с высокоразшгтой удельной поверхностью.

2. В условиях сильного антропогенного загрязнения водоисточников наиболее перспективной является биосорбционная технология, сочетающая процессы адсорбции загрязнений и одновременного окисления адсорбированных веществ микроорганизмами и ферментами, иммобилизованными в структуре активированного угля. Наличие дополнительной адсорбционной емкости позволяет биосорберам удалять и аккумулировать в относительно короткие промежутки времени значительные количества загрязнений. Эти загрязнения извлекаются сорбентом, а затем постепенно окисляются бактериями и их ферментами, тем самым осуществляя биологическую регенерацию угля.

3. Исследования на лабораторных биосорберах с высокоцветными водами, показали высокую эффективность удаления трудноокисляемых органических загрязнений, таких как танины и гуминовые кислоты, обуславливающих цветность природных вод. Получены кинетические зависимости и константы.

4. Впервые проведены исследования влияния темепратуры на интенсивность процессов биосорбционого окисления. Получены зависимости эффективности снижения окисляемости и нитрификации от температуры в диапазоне (0,5-25°С). Показали, что даже при шпких темнернгурнх (0.5-3"С) пссьмп чффекптио снижммся окне-ляемость и концентрация аммонийного азота Определены удельные скорости окисления органических веществ и нитрификации, а также константы входящие в

уравнение Аррениуса позволяющие, теоретически рассчитать скорость окисления загрязнений в широком диапазоне температур.

5. Экспериментально установлено влияние гидродинамического режима работы био-сорбсра на эффективность очистки. Определены основные расчетные гидравлические хариктсриигнки иктипирошшимх yuicil различных мирок. Полученные данные позволяют рассчитывать конструктивные элементы биосорбера в зависимости от марки применяемого угля.

6. Разработана принципиально новая система распределения воды в биосорбере, исключающая истирание частиц угля и позволяющая поддерживать устойчивый псевдоожиженный слой активированного угля при минимальных потерях напора и стабильное качество очистки.

7 . Разработана технология, методика расчета и конструкция биосорбера для природных вод в условиях антропогенного загрязнения водоисточника.

8. Экономический эффект от применения биосорберов по сравнению с озоно-сорбционным методом на водопроводных станциях: пос. Перегребное, пос. Сорум и пос. Светлый Западной Сибири произнодшслимстыо 1500 м'/сут., еошшнт для всех объектов: 700 т.руб.

Основные результат ы диссерт ации опубликованы в следующих работах:

1. Очистка природных вод на биосорбера* в условиях низких температур. Тезисы доклада-Четвертого международного конгресса «Вода: экология и технология». ЭКВАТЕК-2000., (Совт- C.B. Яковлев, Швецов В.Н., Морозова К.М.)

2. Пушников М.Ю Влияние температуры и гидродинамического режима на эффективность очистки природных вод на биосорбере. «Водоснабжение и санитарная техника», №5, 2000г., с.20-22.

3. «Способ биологической очистки воды оттрудноокисляемых органических соединений». Пат.№ 2156748. Россия,

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ ВОД.

ВЫВОДЫ.

2 . ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ОСНОВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. теория роста микроорганизмов и окисления на загрузочных материалах.

2.2.влияние температуры на кинетику окисления.

2.3.ВЫВОДЫ

3. МЕТОДИКА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Задачи экспериментальных исследований.

3.2. Методика проведения лабораторных исследований.

3.3. Полупромышленная установка биосорбер.

3.4 Модельный стенд для проведения гидравлических исследований.

3.5. Пилотнаябиосорбционная установка.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

4.1 Результаты лабораторных исследований.

4.2. Полупромышленные испытания биосорбера.

4.2.¡.Эффективность удаления природных загрязнений в биосорбере.

4.2.2. Влияние температуры на скорость биосорбционного окисления.

4.3. ВЫВОДЫ.

5. ВЛИЯНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО РЕЖИМА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОЧИСТКИ.

5.1. Теоретические основы процесса псевдоожижения.

5.2. Экспериментальные исследования гидравлических характеристик активированных углей различных марок.

5.3. Влияние степени расширения загрузки на технологические параметры работы биосорбера.

5.4. Новая водораспределительная система биосорбера.

5. 5.Результаты экспериментальных исследований на пилотной установке биосорбера.

5.6. ВЫВОДЫ.

6. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПРОМЫШЛЕННОГО БИОСОРБЕРА.

6.1. Технико-экономическая оценка.

В последние годы в ряде регионов сложилось тяжелое положение с обеспечением населения доброкачественной питьевой водой, необходимого элемента жизнедеятельности человека. От ее качества зависит состояние здоровья людей, уровень их санитарно -эпидемиологического благополучия, степень комфортности, и, следовательно, социальная стабильность общества. Поэтому обеспечение населения России безопасной для здоровья питьевой водой является одной из важнейших государственных задач.

Основными источниками водоснабжения в РФ служат поверхностные воды, доля которых в общем объеме водозабора составляет около 70%. Остальная часть приходится на подземные воды. В настоящее время качество воды большинства поверхностных водоисточников не удовлетворяет нормативным требованиям. Это вызвано нарастающим в последние годы загрязнением водоемов веществами антропогенного происхождения. Качество воды отдельных рек в европейской и азиатской частях страны характеризуется повышенными концентрациями фенолов (до 7-8 ПДК), хлорорганических пестицидов (до сотен мг/л), аммонийного и нитритного азота (до 10-16 ПДК), нефтепродуктов (до сотен и тысяч ПДК), ионов Ип, Си, РЬ, (десятки ПДК).(1)

Подземные водоисточники сохраняют более высокие показатели качества воды. Однако в последние годы появились данные, свидетельствующие об ухудшении их качества. Изучение целого ряда подземных водоисточников России выявило широкий спектр загрязнений антропогенного характера присутствующих в этих водах. Попадание загрязнений вызвано закачиванием неочищенных сточных вод в подземные горизонты, авариями на накопителях токсичных отходов, захоронением последних в грунтовых породах, деятельностью практически всех объектов, связанных с нефтью и нефтепродуктами, нарушением режима зон санитарной охраны, проникновением загрязняющих веществ через устья скважин или техническими нарушениями обсадных труб, подтоком некондиционных вод из смежных неэксплуати-руемых водоносных горизонтов или поверхностных водотоков и водоемов, образованием в подземных водах новых или увеличением содержания имеющихся нормируемых компонентов вследствие процессов физико-химического взаимодействия в системе «вода - порода».

Постановлением Госкомсанэпиднадзора России от 24 октября 1996 г. № 26 утверждены и введены в действия Санитарные правила и нормы «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» (СанПиН 2.1.4.559-96). Перечень показателей качества для расширенных исследований состава питьевой воды конкретной системы обычно включает: рН в пределах 6-9/ общую минерализацию 1000 мг/л; жесткость общая 7,0 ммоль/л; окисляемость перманга-натная 5,0 мг/л; нефтепродукты 0,1мг/л; ПАВ анионактивные 0,5 мг/л; фенольный индекс 0,25 мг/л.

Качество воды как поверхностных, так и подземных водоисточников по ряду показателей не соответствует требованиям ГОСТ.

На действующих водопроводных станциях в основном применяются технологии, не соответствующие современному уровню загрязнений, и часто не обеспечивающие требуемое качество воды. В связи с этим в сочетании с традиционными технологиями необходимо применять современные методы, позволяющие обеспечить существующие нормативы.

В настоящее время на станциях водоподготовки для удаления антропогенных соединений совместно с коагуляцией и фильтрованием успешно применяют сорбцию на активированном угле и озонирование. Такая технология позволяет обеспечить нормативы «ГОСТ - Питьевая вода». Применение сорбционной очистки на активированном угле в настоящее время ограничено в связи с нерешенностью в практическом плане проблемы регенерации больших объемов сорбента после 1-1,5 лет эксплуатации.

В тоже время, в условиях России природные воды имеют весьма низкую температуру, которая в зимний период не превышает 1,5-3°С. При такой низкой температуре традиционные методы коагуляция, флокуляция протекают вяло даже при длительном пребывании воды в камере хлопьеобразования. При этом ухудшаются процессы отстаивания и фильтрования. Обеспечение надежной работы очистных сооружений требует предусматривать на станциях водоподготовки ступень предварительной очистки, которая бы позволила удалять антропогенные соединения, а также снизить уровень природных загрязнений .

В сложившейся ситуации в качестве ступени предочистки для удаления загрязнений антропогенного характера и снижения природных загрязнений воды целесообразно применять технологии, совмещающие в себе процессы сорбции загрязнений и их биологического окисления в одном сооружении.

Одним из методов, позволяющих реализовать такую технологию, является разработанный в НИИ ВОДГЕО новый биотехнологический способ глубокой очистки сточных вод - биосорбция. Разработанный первоначально для глубокой доочистки сточных вод этот метод нашел успешное применение для очистки воды от ряда специфических загрязнений, что было продемонстрировано результатами многочисленных исследований.(2,3)

В процессе этих исследований в качестве объектов использовался широкий спектр различных трудноокисляемых и токсичных веществ, не удаляемых известными способами биологической или физико-химической очистки.

Для определения основных кинетических констант и раскрытия механизма их окисления иммобилизованными биоценозами На лабораторных биосорбционных установках проведены экспериментальные исследования с чистыми хлор- и фосфорорганическими веществами, относящимися к токсичным и биорезистентным соединениям и имеющими 3 и 4 класс опасности (хлорфенол, трихлордифенил, дихлорэтан, актеллик, гексадекан и др.), . Изучено влияние физико-химических свойств загрузочных материалов на эффективность и глубину биосорбционной деструкции различных классов органических соединений.

Полученная научная информация показала перспективность совершенствования качественных и количественных характеристик глубокой биологической очистки за счет применения иммобилизованных микроорганизмов в виде биопленок, и в особенности, на носителях, обладающих сорбционной активностью.

Проведенные исследования с большим числом трудноокисляемых и консервативных органических веществ при весьма низких концентрациях позволили предположить возможность использования данного метода для очистки природных вод в условиях сильного антропогенного загрязнения водоисточников.

Природные воды отличаются от сточных более низкими концентрациями загрязнений, наличием преимущественно трудноокисляемых веществ, сезонным характером их появления в периоды относительно непродолжительных паводков, а также низкими температурами воды в течение длительного зимнего периода.

Цель настоящей работы заключается в разработке технологии и методики расчета биосорбционного метода очистки природных вод.

Исследования проводились в лаборатории технологических схем НИИ ВОДГЕО, по плану ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НИР ГНЦ РФ НИИ ВОДГЕО в рамках темы 3.1.«Разработка научного обоснования глубокого удаления токсичных и трудноокисляемых загрязнений из природных и сточных вод биосорбционным методом», по хоз. договору №5193 с МП ПО «ВОДОКАНАЛ» г. Рязань по теме «Исследование эффективности биосорбционного метода для очистки речной воды города Рязани»

Научная новизна работы:

• впервые получены кинетические зависимости удаления из природных вод органических загрязнений, аммонийного азота и цветности биосорбционным методом;

• экспериментально подтверждена высокая барьерная роль био-сорберов в условиях сильного антропогенного загрязнения водоисточников;

• впервые экспериментально установлена возможность использования биосорберов в условиях низких температур, вплоть до 0, 5°С ;

• получена зависимость влияния температуры (в диапазоне от 0,5 до 25°С) на интенсивность процессов биосорбционного окисления органических соединений и аммонийного азота. Показано, что влияние температуры на кинетику окисления органических загрязнений и нитрификации природных вод описывается уравнением Аррениуса. Найдены значения коэффициентов и констант, входящих в это уравнение;

• установлено влияние гидродинамической обстановки в псев-доожиженном слое ГАУ на эффективность биосорбционных процессов .

Научная новизна работы подтверждена также патентом на изобретение: «Способ биологической очистки воды от трудноокисляемых органических соединений». Патент на изобретение

2156748.

Практическое значение работы.

• Впервые получены и научно обоснованы технологические параметры работы биосорберов на природной воде.

• Разработана методика технологического и гидравлического расчета биосорберов при очистке природных вод.

• Разработана конструкция водораспределительной системы биосорберов, исключающая механическое разрушение активированного угля и обеспечивающая оптимальные гидродинамические условия в псевдоожиженном слое.

Разработанная технология и конструкция апробированы на опытно-промышленной установке в реальных условиях на водопроводной станции МП ПО ВОДОКАНАЛ г. Рязань, и заложены в проект строительства водопроводных станций: пос. Перегребное, пос.Сорум и пос. Светлый Западной Сибири производительностью по 1500 м3/сут.

ОБЩЕ ВЫВОДЫ.

Впервые теоретически и экспериментально обоснована целесообразность применения биологических методов для, очистки природных вод, характеризующихся низкими концентрациями трудноокисляемых органических загрязнений, а также низкими температурами воды в течение длительного зимнего периода.

1. Анализ отечественных и зарубежных материалов по методам очистки природных вод, содержащих антропогенные соединения, показал, что для повышения качества питьевой воды, необходимо осуществлять их предочистку. Наиболее целесообразно применять для этого биологические методы, основанные на использовании естественных биоценозов и искусственных носителей с высокоразвитой удельной поверхностью.

2. В условиях сильного антропогенного загрязнения водоисточников наиболее перспективной является биосорбционная технология, сочетающая процессы адсорбции загрязнений и одновременного окисления адсорбированных веществ микроорганизмами и ферментами, иммобилизованными в структуре активированного угля. Наличие дополнительной адсорбционной емкости позволяет биосорберам удалять и аккумулировать в относительно короткие промежутки времени значительные количества загрязнений. Эти загрязнения извлекаются сорбентом, а затем постепенно окисляются бактериями и их ферментами, тем самым осуществляя биологическую регенерацию угля.

3. Исследования на лабораторных биосорберах с высокоцветными водами, показали высокую эффективность удаления трудноокисляемых органических загрязнений, таких как танины и гуминовые кислоты, обуславливающих цветность природных вод. Получены кинетические зависимости и константы.

4. Впервые проведены исследования влияния температуры на интенсивность процессов биосорбционного окисления. Получены зависимости эффективности снижения окисляемости и нитрификации от температуры в диапазоне (0,5-25°С). Показали, что даже при низких температурах (0,5-3°С) весьма эффективно снижается окисляемость и концентрация аммонийного азота. Определены удельные скорости окисления органических веществ и нитрификации, а также константы входящие в уравнение Арре-ниуса, позволяющие теоретически рассчитать скорость окисления загрязнений в широком диапазоне температур.

5. Экспериментально установлено влияние гидродинамического режима работы биосорбера на эффективность очистки. Определены основные расчетные гидравлические характеристики активированных углей различных марок. Полученные данные позволяют рассчитывать конструктивные элементы биосорбера в зависимости от марки применяемого угля.

6. Разработана принципиально новая система распределения воды в биосорбере, исключающая истирание частиц угля и позволяющая поддерживать устойчивый псевдоожиженный слой активированного угля при минимальных потерях напора и стабильное качество очистки.

7. Разработана технология, методика расчета и конструкция биосорбера для природных вод в условиях антропогенного загрязнения водоисточника.

8. Экономический эффект от применения биосорберов по сравнению с озоно-сорбционным методом на водопроводных станциях: пос. Перегребное, пос. Сорум и пос. Светлый Западной Сибири производительностью 1500 м3/сут. составит для всех объектов :700т.руб.

1. A.M. Ованесянц, H.A. Белова, и др. О загрязнении природной среды и радиационной обстановке. Метеорология и гидрогеология, 1993 г. №10.

2. В.Н. Швецов, К.М.Морозова. Исследование механизма биосорбци-онного окисления / Совершенствование метода биологической и физико-механической очистки производственныхсточных вод. Москва, ВНИИ ВОДГЕО, 1990г.

3. C.B. Яковлев, В.Н. Швецов, K.M. Морозова, Применение биосор-беров для удаления остаточных органических веществ после биологической очистки / Теоретические основы химической технологии. М., Изд-во РАН, 1993, т. 27, №1.

4. В.А. Клячко, И.Э. Алельцин. Очистка природных вод. Издательство литературы по строительству. Москва-1971г.

5. Дегремон. Технические записки по проблемам воды. Том.2. Москва Стройиздат 1983г.

6. C.B. Храменков, Сорбционная очистка воды для питьевого водоснабжения Москвы. Водоснабжение и санитарная техника, №8,1999 г.

7. Thier.О. «Озон для обработки технической и питьевой воды», Maschinenuerd und Elektrotechnide, №5, 1981г.

8. Orgler К, «Технические и экономические возможности производства озона в количестве более 1 т/ч», Ozon. Weltrongs Berlin 1001, 1981г.

9. Untersuchungen Bereich UV-Oxidation. Galanotechnik, 1993,№10.

10. Verfahren zur Aufbereitung mit organischen Substanzen belasteten Rohtrinnkwasser. Заявка 4124843 ФРГ, МКИ5 CORF 1/32. Опубл. 28.1.93.

11. Weichi Sing, et al., "Bio-physico-chemical adsorption model systems for wastewater treatment", Journal W.P.C.F., vol. 51., N11. November, 1979.

12. Kajino Katuji, Yoshizaki Troshionur. J. Jap. Water Works Assoc. 1993r.№1.13. BCT 1997 №6.

13. Очистка цв. малом.вод, содерж, антропог. Примеси М.Г. Журба, ВСТ 97-7.

14. Биотехнология. Под ред. Акад. A.A. Бабаева. «Наука», Москва, 1984г.

15. Bouwer E.J., Crowe Р.В., Биологические процессы в практике очистки питьевой воды. Journal of the American Water Works Association, №9, 1988r.

16. Kool,H.J. & van Kreul,C.F. Formation and Removal of Mutagenic Activity During Drinking Water Preparation. Water Res.,1981г.

17. Rittmann, В. E. Comparative Performance of Biofilm Reactor Types. Biotechnol and Biotechnol 1982r.

18. Mccarty.P.L; Argo,D.; and Reinhard, M. Operational Experi20. ences With Activated Carbon Adsorbers at Water Factory 21. jour. AWWA, Nov. 1979.

19. Daimacija В., Hain Z., Petrovic 0., Miskovic D. Environ. Proc. Eng.-1988-14, N 2-C.5-16 (англ.).

20. Namkung,E, Rittmann, B.E. Removal of Taste-and Odor-Causing Compounds by Biofilms Grown on Humic Substances. Jour, AWWA, July, 1987.

21. Risto J., Haggblom Max M.,Биоочистка модели грунтовой воды, загрязненной хлорфенолом, иммобилизованными бактериями. Water Res. 1990. №2.

22. AWWA Research and Technical Practice Committee on Organic Contaminants. An Assessment of Microbial Activity on GAC.Jour. AWWA,73:8:447 (Aug)1981.

23. Jekel, M. Experience With Biological Activated Carbon Filters. Oxidation Technigues in Drinking Water Tratmen /ЕРА/ 1979r.

24. Brunet,R.; Bourbigot,M.-М/ The Influence of the Ozonasion Dosage on the Structure and Biodegradability of Pollutants in Water, and Its Effect on Activated Carbon Filtration. Ozone: Sci. Engrg., 4:15(1982) .

25. Ll.A.Y.L.SDiGiano.F.A. Availability of Sorbed Substrate for Microbial Degradation Granular Activated Carbon.Jour. WPCF, 55:4:392, 1983.

26. Maloney, S.W. et al. Bacterial TOC Removal on Sand and GAC. Jour. Envir.Engrg.Div.-ASCE.110:3:519, 1984.

27. Bouwer E.J. and Mc Carty, P,L. Removal of Trace Clorinated Organic Compounds by Activated Carbon and Fixed Film Bacteria. Envir. Sci. and Technol. Dec. 1982.

28. Besik F. "High Rate Adsorption-Bio-Oxidation of Domestic Sewage" Water and Sew.Works, 120, 6, 1973.

29. Friedman L.D. and al. "Improving Granular Carbon Treatment". U.S.Enviromental Protection Agency, Water Quality Office,GDN, Washington,1971.

30. McGriff E.C. "Wastewater Treatment Design Related to Biological Growth Supported by Activated Carbon",U.S.Department of Commerce, Office of Water Resources Research. Publication N PB 222175, July, 1973.

31. Weber W.J.Jr., et al. "Biologically-Extended Physicochemical Treatment", Proc.6th Conference on Water Pollution Research, Israel,Junt,1972.

32. Weber W.J.Jr."Integrated Biological and Physico-Chemical Treatment for Reclamation of Wastewater. Ind.Water Eng., 14, 7, 1977.

33. P.Lafrance, et al. "Bacterial Growth on Granular activated carbon. An examination by scanning electron microscopy" .University de Limoges, France, Technicfl note, Okto-ber,1982.

34. Новиков В.К. Водоснабжение и санитарная техника. №4, 1993г.37. Линевичев С.Н.

35. Sibony,J. Techniques et Procédés d'Elimination des Produits; Azotes dans les Eaux Potables. Pllutec Conferences. Techniques Internationales, Nov.30-Dec 3.1982.

36. Richard, Y. Biological Methods for the Treatment of Ground Water. Oxidation Techniques in Drinking Water Treatment EPA-570/9-79-020,1979.

37. Rittmann,B.E. and Snoeyink.V.L, Achieving Biologicallv Stable Drinking Water. Jour. AWWA, 76:10:106 (Oct.1984).

38. Houel,N. Et al. Elimination des Formes Azotees dans ies Eaux Alimentaires. Techniques et Sciences Municipales—L Eau,6:292, 1982.

39. Philipot,J.M. Denitrification des Eaux de Consommation. Une Realisation en Cours en Region Parisienne: Eragny. L'Eau, l'Industrie. Les Nuisance, 69:27, 1982.

40. Боброва М.В.,и др., Биологическое удаление неорганического азота из речной воды. /Химия и технология воды, №6, 1995г.

41. Halm,G, Eimhjellen,К., Thorsen,T. Nitrogen Removal in Biological Reactors at Low Temperatures. Oxidation Techniques in Drinking Water Treatment (W. Kuhn and H. Sontheimer, editors). EPA-570/9-79-02 0, 1979.

42. Rittmann,B.E., McCarty,P.L. Variable-Order Model of Bacterial-Film Kinetics. Jour. Envir. Engrg. Div.— ASCE,104:EE5:8 89,1978.

43. James M. Montgomery, Consulting Engineers Inc. Water Treatment Principles and Design. John Wiley, and Sons, New York, 1983.

44. Boudou.J.P., Kaiser,P, Philipot J.M. Elimination du Fer et du Manganese: Interet des Procedes Biologiques. Water Suplly 3:151, 1985.

45. Brock.T.D.Smith,D.W.,Madigan,M.T. Biology of Microorganisms. Prentice-Hall, Englewood Oliffs, NJ. (4th ed.), 1984.

46. Mulder, E.G., Van Veen, W.L. Investigations on the Sphacroti-lus-Leptothrix Group. Antonie van leeuwehoer, 29:121, 1983.

47. AWWA Trace Inorganic Substances Committee. Committee Report: Research Needs for the Treatment of Iron and Manganese. Jour. AWWA, 79:9:119,(Sept.) 1987.

48. Knoppert,P,L,Oskam,G.,An Overview of European Water Treatment Practice. Jour. AWWA,72:11:592 (Nov.) 1980.

49. Milliner,R.; Bowles,D.A.; Biological Pre-Treatment at Tewkesbury. Water Trtmt.Exam. 21:4:318, 1972.

50. Gomella.C., Versanne,D. Nitrification Biologique et Affinage d'une Eau de Forage. Tech. Et Sci. Municipales, 211, 1980.

51. Nagle,G. et al. Sanitation of Ground Water by Infiltration of Ozone Treated Water. Gas-Wasserfach, 123:8:399,1982.

52. Weber W.J.Jr. et al. "Biologically-Extended Physicachemical Treatment". Proc.6th.Conf.of the Inter Assoc. Water Poll.Res. Pergamon Press, Oxford, U.K. 1973.

53. Weber W.J.Jr., and Sing Weichi. " Integroted Biological and-Physicochemical Treatment for Reclamation of Wastewater". Рос. International Conference on Advanced Treatment and Reclamation of Wastewater, June, 1977.

54. С.В.Яковлев, И. В. Скирдов, В.Н.Швецов, и др. Биологическая очистка производственных сточных вод. Процессы, аппараты и сооружения. Москва, Стройиздат, 1985г.

55. Monod D. Annual Review Microbiology. 1949, 3, 371.

56. Иерусалимский Н.Д., Неронова Н.М. «Количественная зависимость между концентрацией продуктов обмена и скоростью роста микроорганизмов». Доклады АН СССР, 1965, т.161, №6.

57. И.В.Скирдов, В.Н.Швецов. Математическая модель процесса биологической очистки сточных вод. Труды института ВОДГЕО, вып. 76, М., 1970г.

58. В.Н.Швецов, К.М.Морозова и др. Использование анализа кинетики ферментативных реакций для выбора схемы и параметров процесса биологической очистки сточных вод. Труды института ВОДГЕО, вып. 76, М., 1981г.

59. В.Н.Швецов. Глубокая биологическая очистка концентрированных сточных вод, Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М.,1988г.

60. Н.С.Печуркин, И.А.Терсков. "Автоселекционные процессы в непрерывной культуре микроорганизмов". Ан.СССР, Сиб.отд. Новосибирск. 1973г.

61. Besik F. "High Rate Adsorption-Bio-Oxidation of Domestic Sewage" Water and Sew.Works, 120, 6, 1973.

62. Weber W.J.Jr., et al. "Biologically-Extended Physicochemical Treatment", Proc.6th Conference on Water Pollution Research, Israel,Junt,1972.

63. Weber W.J.Jr."Integrated Biological and Physico-Chemical Treatment for Reclamation of Wastewater. Ind.Water Eng., 14, 7, 1977 .

64. Jarry D.Lowry, et al. "The role of adsorption in biologically extended activated carbon coloms". Journal W.P.С.F.,vol.52., N 2, 1980.

65. Weichi Sing, et al., "Bio-physico-chemical adsorption model systems for wastewater treatment", Journal W.P.C.F., vol. 51., N 11, November, 1979.

66. Wuhrnann K. "Stream purification", Water Polution Microbiology, R. Mitchell,ed., Wiley-Interscience, New York, N.Y., 1972.

67. Robert C. Hoehn., et al. "Effects of thickness on bacterial film". J.W.P.C.F., vol. 45., N 11, 1973.

68. Jarry D.Lowry, et al. "The role of adsorption in biologically extended activated carbon coloms". Journal W.P.С.F.,vol.52., N 2, 1980.

69. Werner,P., Klotz M. and R. Schweisfurth. "Microbiological Studies of Activated Carbon Filtration", Oxidation Techniques in Drinking Water Treatment. W. Kuhn and H. Sontheimer,Eds.,U.S.EPA Report N 570/9-79-020, 1979,p.678-688.

70. JI. Уэбб. Ингибиторы ферментов и метаболизма. Общие принципы торможения, изд."Мир", 1966.

71. Тривен М. Иммобилизованные ферменты. Под ред. чл.корр.АН СССР И.В. Березина. "Мир", Москва, 1983.213с.

72. Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. Ленинград, "Химия" Л.О., 1982.

73. А.Е. Perotti and С.A. Rodman. "Enhancement of Biological Waste Treatment by Activated Carbon", Chemical Engineering Process, vol.69,N 11,November,1973.

74. Ozooguz Y., Rabiger N. Влияние параметров пограничного слоя на эффективность биообработки сточных вод. 1997.-69, 9.

75. B.E.Rittmann, P.L. McCarty. " Model of steady-state-Biofilm Kinetics". .Biotechnology and Bioengineering, vol.XXII, p.p.2343-2357 (1980).

76. Основы молекулярной биологии. Ферменты. Под. ред.акад. Браун-штейна А.Е., Издательство «Наука», Москва, 1964г.

77. Э.Роуз., Химическая Микробиология, Издательство «МИР», Москва, 1971г.

78. Farrell J., Rose А.Н., in Thermobiology, ed. by Rose A.H., London, Academic Press, 1967.

79. Дж.Бейли, Д.Оллис, Основы биохимической инженерии, Издательство «МИР», Москва, 198 9г.

80. Л.Уебб, Ингибиторы ферментов и метаболизма, Издательство, «МИР», Москва, 1966г.

81. В.Н. Швецов, С.В.Яковлев, K.M. Морозова, и др., Глубокая очистка природных и сточных вод на биосорбере, Водоснабжение и санитарная техника, №11, 1995г.

82. Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химичесой технологии, изд. «Химия», Москва, 19 68г.

83. Левеншпиль О. Инженерное оформление химических процессов, изд. «Химия», Москва, 1969г.

84. Когановский A.M., Клименко H.A., и др. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении. Москва, «Химия», 1983г.

85. Беранек Я., Соколов Д., Техника псевдоожижения, пер.с.чешек, под ред. Н.И. Гельперина, Гостоптехиздат, 1962.

86. Забродский С.С., Гидродинамика и теплообмен в псевдоожиженном слое, Госэнергоиздат, 1963г.

87. Еркова Л.Н., Смирнов Н.И., ЖПХ, №10, 1956г.

88. Bena J., Ilavsky J., и др. Coll. Czech. Chem. Comm., 28, 293, 1963r

89. Bena J., Ilavsky J., и др. Coll. Czech. Chem. Comm., 28, 555, 1963r.

90. Richardson J.F., Zaki W.W., Trans. Instn. Chem. Eng. (London), №1, 1954.

91. Гельперин Н.И. Айнштейн В.Г. Кваша В.Б., Основы техники псевдоожижения., изд. «Химия», Москва, 1967г.

92. Марушкин Б.К., Канд. Дисс., Моск. нефт. ин-т им. И.М.Губкина, 1948г.