автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Очистка сточных вод молзаводов в биореакторах с псевдосжиженной загрузкой

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНЖЁНЗРНО-СТРОИТМЬНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

Р А а Ц И К О В А Елена

УДК 628.353:061.5:637.1

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД МОЛЗАВОДОВ В БЙОРШТОРАХ ' С ПСЕВДООЖЖЕВДОЙ ЗАГРУЗКОЙ. .

Специальность 05.23.04 - водоснабжение, канализация,

строительные системы охраны водных ресурсов

Автореферат диссертации на'соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт - Петербург 1992

Работа выполнена в Ленинградском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени инженврно-строитв-пьном институте.

Научный руководитель:

доктор технических наук, .профессор Ю.А.ФеоФанов

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ю.В.Воронов

кандидат технических наук, доцент З.М.Протасовский

Ведугаая организация: Лвнводоканалпроакт

Ьашита состоится

»¿•Р« а.

1992 г. в

/г

час.

не. заседаний ■специализированного Совета К,063.31.03 б Ленинградском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени кнжзнернс-сгороительном институте по адресу: 198005, г. Саякт-Яетербург, 2-ая Красноармейская ул., д. 4, Ленинский зал. . • -

С диссертацией можно ознакомиться ъ (Тунпаментальной библиотеке института."

Автореферат разослан " " ьсео*??,п^д^ 1992 г.

Ученый секретарь с не гг/а л г ы ированного Совета, кшдниат технических -наук, доцент

Г.П.Комина

Общая характеристика работы.

Актуальность работы. Охрана окружашэи. среды, в том числа предотвращение загрязнений природных водных ресурсов является одной из наиболее актуальных проблем современности. Главное направление в решении защиты водоемов от загрязнения - элективная очистка сточных вод до степени, позволяются повторное их использование, либо до нормативных показателей сброса в водоем.

Порвоочершю» решения в этсм направлении требуют промышленные йретщризмя/ язлташеся источниками образования высококонцентрирован-мх сточнвх вод/ особенно- производства, расположенные в сельской тсгиоетй я сфаюлегняш сточянэ поды в маломощные водоемы. .

Сточные' води «/шойойорерабативашой промышленности имеют высо- , кую концентрацию органических загршгений, Б-ТКП0ЛН - до 2400 мг/л. Значительная ч&етЪ- этих предприятий расположена в наканализованной сольской йес^пос-та,, вблизи мест получении сырья,- Для этих заводов требуется' устройство самостоятельных очистных станций, обеспечивающих глубокое удаление загрязнений из сбрасываемых стотаьх вод. Для предприятий, растоложзнных в городах й поселках, обычно, требуется предварительная / неполная / очистка" сточных вод до параметров , их сброса- в городскую канализацию.

В сшремэн'яои практика очистки сточных вод предприятий молочной про-шшгенности преимущественное распространение получил биологически;* метод, благодаря его простоте, высокой эффективности, универсальности к различный видам органических загрязнений. : . -Ь то ге время сооружения бйологкчоокой очистки, 'применяемые лля очистки сточных вод молочннх заводов - аэ'ротенки и биофильтры, имзыт ряд существенных недостатков, ограничивашлх-их производительность. • Инаапск'^'жапвд "процесса биологической очистки .оточнич ¡.од водах--.на путем применения б по реакторов с -поовдсюжйэнннм'/ взвешегошм / слоем

мелкозернистой загрузки. Применение этих сооружений позволяет повысить эЗДйКТИВНОСГЬ ОЧИСТКИ, уДаЛЬНуЮ ПРОИЗЕОДЙТЭЛЬНОСТЬ СООррЕ'ЗНИЯ,

надежность его работы, снизить строительные и гксплуатационныа расхода. Однако до настоящего времени биореакторы со взвешенной загрузкой не вышли за рамки опытных сооружений. Практическое использовании этих типов сооружений дрегктствует недостаточная изученность законо-

■ мерностей протекающих в них процессов при очистке сточных год, многочисленные недостатки существующих.конатрукций и схем работы биореакторов. ■ • " ....

Цельо наотояшвй работы /шлялось совершенствование существующих и разработка новых схем и конструкций сооружений биологической очистки сточных .'вод молочных заводов с применением биорэакторов с псэвдоожи-•жонной- /взБеагенной/ мэлкоззриистой загрузкой. ' Б.апачч исследований сводились к : ' ■ •

. . - разработка и исследование биорэакторов с псевдоожиженной мелкозернистой загрузкой для анаэробной и аэробной очистки концентрированных по органическим загрязь дшм сточных вод /на' тримеро срочных вод молочных заводов/ ; .- .теоретическим,и экспериментальным исследованиям по выбору вида загруз: г для этих типов биореакторов; : ' .

- изучению кинетики продесоа аэробной и анаэробной биологической очистки сточных вод молочных заводов в биорвакторах с псэвдоояинсен-

. ним слоем; •

- лзученяю гидродинамики биорэакторов с гидравлическим и пневматическим способами псевдоокижёнчя мелкозернистой загрузки;

■ ■ -. Есслдяованшп эй.] активности работы аэробного д анаоробного биороак-

тсров п».;",. различных, нагрузках, выбор октимальша параметров и ре-•' агаог га работы при .очпотхе сточных вод молочных доводов; .', - матёчатич-зскому описанию процесса аэробной и анаэробно? биологичэс-

кой очистки сточных вод молочннх заводов в биороакторах о псодцо-

О.ИЩЭШШМ СЛОЭИ.

Научная новизна работы заключается:

- в исследовании закономерностей кгпмтшси изъятая загрязнений при анаэробной и аэробной очистке отсчшх вод молочник заводов б бко-рэакторах с псвЕДоолигаеннш слоем;

- изучении условий работы в бтгореакторах различных видов -мелкозернистых загрузок, обосновании выбора пвда загрузим;

- исследовании дчнам'чси развития; биомассы в Зкореапторах с псевдоожи-жениой загрузкой на различных ьщвх мслсо зернистых материалов;

- изучении и выборе гидродинамического рэ;сиг;а деэвдоеоткепш, мате-'' матичоекга моделей для оштсашет гидродинамики бяорэакторов с гидравлическим и пчввмптическш способами поеЕдоочлтаоптт;

- разработка конструкции биореактора с ясевдогшкгонной мелкозернистой загрузкой; на заявку на авторское свидетельство получено положительное рошоние;

- разработке математического- описания процесса аэробной и анаэробной бпологгчвокои очистки сточных вод в предложенных,типах биореакторов.

фзактучаокая иоцчость- и реализация работы. ■ ' . -

На основании вшолноных исследований разработана технология аэробной и анаэробной очтеткк о точных: вод молочных заводов в предложенных конструкии;х биороакторов с поэвдоокяжзнной мелкозернистой загрузкой.. Разработаны методика расчета этих сооружений,'ракомондация по проектированию и лршэнениз. Яа основании этих рекомендаций чшотлтутами ЛенЕ<?доканалдг)оек'г,'Кировограпаг^оароект и Киевагоочроокт разработала тохшпоская локуюшготга дг-я очистных' бташ-й молопыгх заводов с пршеизчиеч (?горенкторов с томдоо.г.жэшюй мвлкоэорчястс'Х зогруакой. Сст;в(1*да8 г о,попок зко1кмгчосют2 э1,:/зкт 37; 5 тыс.. w&w/l.R пп, а»3 сточных год /в цзнах 1Я90 г./.

Атюбааия работы. Ооновные положения диссертационной работы доложены и обоуядены на 47, 48 и 49 научных конференциях ЛИСИ в 1990, 1991 в 1992 гг., на Всесоюзной научно-практической конференции " Человек -груд - экология " в Волгоградском ИЗЙ в 1990 г. Дтблгикааш. По материалам диосвргации опубликованы 4 печатных работы и получейо положительное решанна на 1 заявку на изобретений. Объем работа. Диоовртацнонная работа изложена на 160 страницах машинописного текста, включает 16 таблиц, 31 рисущж, Она состоит из введения, пяти глав, Общих выводов, списка литературы из 162 наименований, в той числе 89 зарубежных.

Основное содержание работа,

Во ведении обоснована ттувлъяевРЬ те*®, формулируется цель в задача исследований, -

В первой яроэшя вваляв оолрзмвнного состояния вопрооа

биологической очистки оточнчж воя яреддриятий молочной промышленности и перопактивы его развития,

Состав и расход сточдад вод штчпых заводов зависит.от мощности предприятия и вида ветудшмоЯ продукции» В средней, на тряну продукции на городских молода* вводах яотрабля9?оя?б,2 - 6,7 мв воды. Расход сточных вод соотедад/ю? 80 « 86 % от расхода свежей »ода,, коэффициент часовой наравномерадотк Кд щ 1,4 » 2, Основным загрязнение» сточнух вод молочных заводов язяякшя ергаяичаоняе вещества, концентрация которых по Шцадд^ колеблется в пределах 1000 - 2400 мг/л,

В современной практихе очистки сточных вод молочных заводов наиболее часто применяются аэрот^нки и биофлльтрн, Однако вти сооружения имеют ряд недостатков. Б частности, работа азротвнкоь неустойчива при пэрегрузках, галповнх сбросах и перерывах в подаче сточных вод и воздуха. Традиционные конструкции биофильтров не способны обес-

печить пешую очистку концентрированных сточных вол, без высокой степени рециркуляции о»:щешгой жидкости, склонны к заиливанию, характеризуя ся высокой строитолыгой стоимостью.

ПроязЕодятзльнозть аэротзяхов и биофильтров по количеству изымаемых загрязиепий ш ИКП0ЛЯ ''Яр» полной биологической очистке сточных вод моловшее заводе® скютммйэг окот 1000 г/м3оут.

Одним из дэйетвтшяс путай штепсифякадаш процесса биологичес-. ■ кой очистки является, увеличение скорости утилизации субстрата га- счет повышения концентрации активной биомассы, иммобилизованной на мелко- -зернистом носителе. Реализованные на атом принципе конструкция сооружений разделяются на биореакторн с неподвижным-и'псевдооаиженнш. /взвешенным/ слоем молкоз.эррстой загрузки, ■ • •

При очистке ковцзйтрированннх сточных еоД биореакторы.с неподатным слоем мелкозернистой загрузки быстро, заиливаются задержанными взве-иедагнми вевдетг.агш я приростаздей биомассой, и требуют периодической ' промивки» Для увеличения производительности фильтроцикла в таких '/" .ссодркшгшгх прташот загрузочный.материал более.круттпга: .фракций •.' /до 10. мм/, что соответственно, снижает рабочую поверхность загрузки и концентрацию биомассы в доне реакции.' Шриоднчоские кромьюки. -. загрузки приводят к смыву г активной биомассы и нарушают стабильнойгь \ процесса биологической 'очистка,-Тэ:я т менее производительность затопленных биофильтров со сЦциснарнш слоем зернистой.загрузки достигает 5-6 кг/м3сут. ' . '■ • . '.

В биорэакторах псевдоожиженным./взвешенным/ слоем "ээрг истой . загрузгш имеет место'более высокая степень;использования'поверхности ' загрузочного материала, более высок™ скоросги массообмен- . Б' этих ',• сооружениях использудагсд более мелкие. фракция загрузки,' чём в эатоп-лепных биофильтрах, • что позволяет пояд-зрживать тоскую концентрацию активной йдачассн в■реакционной -зоа^.Ёлагодоря этому* пройзводаголй.

— о —

ность биорзакторов с шавдосшгдашш слою; о ia<r ¡.v.. шо по-

вышается и достигает 10 - 20 кг Е'1КП0/,яум3сут. и йодоо.

Однако, практическому распространению этих coopyaeuu.'i прошествует сложность технологических схом работы бшрошгго.хш, тохничоо-кие сложности с соацаниом и - аодцордашашюм уито^чиьсгч псоьдоо -.юшц-ного слбя загрузки, ¡шобхоДшость ее рогонорацни, c.iaf! :оаии 'iponjcua кислородом и,Другие обстоярслйтш.* Tiowovwrtnao ¡¡..ум;«; цгиот:ка процесса пс-ъятая загрязивни:: мо сточных под, с чсл-пнл-ги, сто-ших г.оц предприятий молочной щдашниклшооти, динамика роста сшлогичоской плэякя на мелкозернистой эагрувко н уолохия ео рогашращи а исоидо-ожиженном слое, гидродинамические н маосооб'лошди характеристики этих типов биореакторов.

. Для очистки сточных:под молочных риводоь, -учитшиил споци-Гшсу этих видов, сточшх вод, щшшвнио биоромстороь с поасдоолаишщой мелкозернистой зигрузкой весьма иерспок'тлю, но гиаиьаот н ю(>ходимость совершенствования тохнолошчоских схем и конструкций отих сооружении о .цель», их упрощений,^ тоьшюний. итйНагыюсти ¡1 :iaao:;mocTii в работе, улучшения tqxhmko-skoiiomhhuciwx локазати/зи. . • Выявлено, что недостаточно mw ное иаучокиз гн'цюпциа.а'чсэскпх и иио-сообмошшх характеристик соорушиий, кинетики п.юцииоа очистки, не позволяот однозначно идостоверно оппсать процесс нзгят.и: органичос-ких' загрязнений 'в биороакторахс пеоюиоо-лидаинш слоем, )'М расчота этих аппаратов прл'лоияйтся рад ом тричжк'.х к полуэил^ичосшцс <iop-МуЛ»' формальных штвматдчесюис моделей, ь осноьу которцх заложены упрощенные к априорно выбрашшо предетавлзшш о килетшо процесса и структуре потока, ¡зачастую, эти уравношш имеют строго ограниченную область ц4,»лшенш,- :

Бторця глава посещена разработке новых конструкций биороакторс® с псевдооглхшшкл /взвешенным/ слоем загрузки, на основе анализа

услоп!.: padorii молсо:юргоютоГ. загрузки в аппаратах этого типа, результат: iToc.'i>4)ia,itT., зяг.оио'.то.иосте.! проп.осса б'тологичоскоД очист-. кп стОчш:х jot в i,tf>o;viroi>:irx уол=ог.чях с примененном различных мате-piTiuob .п качество наоацки и amunoa сушестпуших конструкций биоре-пктороп с ncoi noo-.тазпним слоем''мелкозэртготой загрузки. Существуете конструкции биор'листорои с псевдоо:шженным слоем загрузки но устойчивы ь padoro и слогши в эксплуатации, поскольку, обычно, в них стромгл'сп создать и по одерживать режим однородного взвешенного стоя. Сложности i; пад''9р.;;аии1! такого режима заключаются в необходимости постоянного регулированиягидравлических нагрузок / скоростей ' ).!вв9мигаичя / в сши с мопяшейся гчлрахличойкой крупностью при об-ристании.частщ загрузки биоолонкоИ. затруднения в создании однородного r.jrowemioro слоя .также обуслотзлены возмоянтш колебаниями температур»,' расхона и состава' поступаших сточных, вод, нообходи- ■ мостыо применения. строго калиброванного.' загрузочного материала. Не- • соблтпониэ этих услохлй 'приводит. к выносу, частиц загрузки- из биоре-: актора, поэтому по гногих- oteMtix работы этих сооружений предусматривает -устройства лш задержания выносимой загрузки, ее регенерации ; и возврата г. зону, реакция.'Доподаттель-нб'-доя задержания выносимой , биомассы у.строчвамтоя втбричннв 'отстойники. ...'•-" ■ , . ■ Более простим в.ооущзствлонии являэтся .режим фонтанирующего слоя мелкозернистой загрузки, Который создается за счет пзрзменной скорости потока по .высоте, сооружения. В шшгей, части аппарата скорость по--_ _. . тока 'превышает, крппчэскую- скорость ; уноса частиц,' а в верхней части •сооружения она стсетэтся -нтае. зтоЛ скорости.,При атом создается на- ■ правленаов..-дв1шя»'о- Ф>оущ:;эаг1>рки/спЬвЬ^ массо-

_переносу-и- массооб-лену. /дя.'поцдеркания'"фонганирушэго' '.ояоя в аппа-•:ратв не тробустся равноме^нох'о.'расггреяеленйя потока-по сечений ап-•,парата, tonyciativrca: ?шчятв»иьннй колебания• скорости на входе, а, еле-

доватвльно, и. колебания поступающего. раохода сточных вод, упрощается конструкция сооружений'и-их эксплуатация. За сйт' интенсивного перемешивания частиц в фоктширушем слое /струйной зоне потока/ происходит непрерывная регенерация загрузки в камере биореактора. •Одним и» сложных вопросов технологии работы бчореакторов с однородным слоем для аэробного биохимического процесса является снабжение процесса необходимым .количеотвои кислорода. Барботйровашш. загрузки воздухом приводит, к нарушению однородности слоя, возможности образо- ■ ванш канального и поршневого режимов, выносу загрузки и проскоку неочищенных сточных,вод, Поэтому» в схемах работы аэробных биореакторов применяют предварительное-насыщение поступающего потока кис' лородом, бжщт рециркудацяю очншенной воды с предварительной ее

аэрацией и т.п., чем усложняется технологии.сбя схема и увеличива-■ ются акстлуатадлошшэ затраты.: ' . • •

Преимуществом .фонтанирующего слоя является возможность создания его • как гидравлическимj так и пневматическим способом. Во втором случае одновременно решается задача аэрации сточных вод. На формирование и состояние вэвешеннс.'о слоя влияет скорость,воохо-

■дящего потока, форма, размер и-плотность,частиц загрузки, плотность

• , , - ,

и вязкость среда, ряд других факторов.

Ооласгь существования однородного, взвешенного слоя загрузки ограничивается критическими /начальной и пгсдельной/ скоростей потока.- j Для полидиспэрсных частиц, а так:э частиц с различной плотностью био- : " пленки и, следовательно, различной гидравлической крупностью, 8та . облаоть' значительно сокрашается, а np:i большом интервале крупности , франций сознание , однородного бе. яшшного < чоя становится практически ново ovo хнш. ' ■ '

. • . ?о;гагс фонтаниругчего слоя связан только со второй критической , . , скоростью, и изменение гидраынгческой крулиости часткц загрузки в про- !" ц^сса их обраоташтя бнопжзвкоЗ не привода? к нарушали этого режима.

- и -

'Значение второй крнтич'ескйД скорости, тля ио питанных материалов - чесок с/~ 0,75 №1, полистирол =3,7 мм," лолиэтилен 2,7 мм ~

Э ■ •• «г ' . о

соответственно составляет 400, 159 и 153,3 м/час. При сравнений значений- этих скоростей с взлдчитюи придонной скорости потока жидкости в аоротенках / которая из условий вэгэгаикшяя хлопьев активного, ила п№И№йштоя № менее ОД м/с .или 3RD ч/чао / очевидно, что создание рзл1!!:ла (poirjaiifpyonrero олоя 8&а*рудат йз етаняартних гранул полиэтилена л полистирола но требует •увеличения интенсивности -перемвшиваши, ¡1, соотв0топ;оино, дошйпггег'Ьних энергозатрат по сравнению, с азро-i4HKm.tn.-■ '. .■■■',•'-.''■■■'.•."■ 'У'/'. ".- - " ■ '.'.-

Б аэробных,бчороакторах б'фэнгаиир;™.'«™ слоем-, загрузи!»- становится',' -. воскшшм ис'юльвовать как' прикрепленную, так' и-'взвешашум 'биомассу яря обычной для активного ила .ттл-ю-дагости аэрарии. '•• - .•;:. ..

В -качеств') загрузки биорэакторов с псевдоожчкашмм слоем при-' меняют различима видн- адёлкозёрнистнх материалов:.; нзсок, аитрагмт, -керамзит, «еол ш, ■ активировьшы;! уголь', ллаотмасс1, и др;. КГ загрузочному материалу- предъявляется ряд требований по прочности» стой-', коптя к, истярашго и 1и)здо;гСтйш)''агреедБной-;ср9ДЫ, аероховатости, круДгости и т.'.ь Дзш !|-6рмироЬа;шя устойчивого вёвевгенаого слоя нооб-•.холило; стремиться.к- н'евнсо1сда'скоррстт1'.псввдо'Ь;й-иен1тя. частиц' Еагруз-ки, что выдвигает ряд дополнительных Требований й; загрузке. ; V... .Для ^онтащфутешго'"слоя,эти,отранйч5'яий.-мвнзз иесткю,.что поз- " ' воляет раоторить асоортшэйт.' ЬагрузЪчншс' ¡датёриалов для его' реали-. зацин, . . ..-'■■ .- ■, -;' ,..' '.•.' '-'С'-- •"'-V*-,-'1'•''''■'• ■'■ v.'-;. Е результате; проведении* ^теоретических и эксперимэнтальннх :kccj!oho- "•;' ■ ваний' рг!зра(?ота'ны..'консгруктхи1г,б;тораакторов1 с' дсевдбола&дшон / взвешенной / млкоаврштстой: загрузкоЛ '.лте.айаэробно;;зэробяой Ьчгейк» коицйнтрпроранн'гх по; оргайичзски^'за^а^зиеняям,сточных-вод «олочиых-* заводЬв. Чсеюпоо,!тектй&,,ЗяЬру&кц t.'Ь^дх'--конструк!Г.ь;х бпороакторов .;./:.;•

.создается в решаю фонтацирущего слоя гидравлическим или пневглати-

"Ч9СК5Ш СДОСОбОМ.; .

Б анааробном биорэакторв, принято гидравлической параглэшивашю и регенерация загрузки о помощью гидроэлэватора; в основу .этой конструкции положен/разработанный ранее ЛИСИ биороактор для очистки малоза-. грязненных вод, г.' '/■'■''"''

В аэробном биореакторе перемешивание загрузки осуществляется мелно-

• пузырчатым авратором. -Для вагрузки ,'био реакторов попользован стаи-, дартный гранулированный полиэтилен,' плотность которого меньше

■1,0 г/см3. Выбор этого мате риала обоснован результатами специальных исследований,- представленных в глава 3. Лршоноште ■ такой загрузки позволяет■легче отделить ее от очищенной вода и взвеиюдаюй биомас-Ч сн-гидравлическим способом,;а -тщае создать из это!! загрузки олава-•''■ щи2 фильтр, на выходе из сооружения деля. задержания выносимой ,био~

' пленки и вторичного осветления воды. Багрузка плававдэго фильтра не-.• прерывно обновляется, регенерируется и возвращается в зону реакции под действием гицроэлаватора /анаэробный биореактор/, либо с помощью эрлифта /аэробный биореактор/. , . . ■ Устройство плавающего фильтра на выходе иа биореактора позволило, ' как показали дсолздовгшш, поддерживать высокую концентрацию, как .

• . прикрепленной, так и взвешенно! биомассы в рабочей зоне, повысить

производительность и еффективность работы соорукеиия. •. .. На разработаю^ конструкцию биореакгора .о гювмзтическимпсевдоони-0нчом загрузки получено ^пололитвльное решение на заявку на авторское .г^.срадетельство. у!- 1

.¿Ц;Третья глава содержу'.резуль^а-ы; экецеримодт^ьнад: тюелвдова-'.'; ч:Ний процесса аэробной-и .^нааробной биологической очистки в биоре- -1 акторах.''с мвлко'зэрииого$ загрузкой, Наследования проводились в'лабо-рато'рчых и полудронзводстканных установках на сточных-водах молод-

- и -

пого завода.

Лабораторные исследования / 1 этап / проводились, с целы» и качественной отлонки особенностей процесса изъятия загрязнений ¡ косо дерзания: сточных вод, дшамшш изменения характеристик биомассы в биореакторах с применением различных мелкоззршютих материалов и выбора вида загрузки '.туя разрабатываемыхтипов биор'еакторов с псев-дооктшэшшм слоем. •, '

/абораторшю установки работал? в аэробных условиях. Испытыкалясь три вина мелкозернистой загрузки - гранулированный полиэтилен, полистирол и кварцево:: песок'," ш отнсстьп, соответственно 0,94'- 0,97, 1,04 и 2,68 г/см3, и удэльноП пов9?хностьш.800,.700 и 2200 м^/м3. • Лабораторные бпореакторн работали в полунепрерывном разимо ^ который '

■ позволял изучить ход' продебса очистки в период нарашивания биомассы, динамику изъятая загрязнений, и роста биомассы , при изменении нагрузки по загрязнениям щит,применении дазних видов загрузочных матери- * алов для 'их сравнения. 11сслзд0шшш проводились при постоянной

. . темпзратуре /.около 2Ó'C /и достаточной во всех опытах интенсивнос-

■ гл аэрфшт с тем,-чтобы исЪшить шшшне.этях Факторов при ¿наган'", за получеипнх результатов».' ■ ■ ' . ., . '

• • •' • 1кчадыюВ период работы бторзшсторов,- период'наращивания био. массы / проводился при нёгрузкэ.Д ,5 г ХПК/л ;-ежесуточная -разовая.'

добавка субстрата/ п. продолжался; 9';-'. 14' суток.. К концу, этого срока; ■' в биореакторе .установилась1 постоянная 'кощэятрацтщ'-л^афзплаяной и . . взвешенно- •бпручпссы,- а- Щтх чтои« -йо.-ОШЙ достчтал 60 - 70Í,. ; ' В пуского!: яортод разовая.нагрузкагно,ХГК на:обшуу биомассуизменя-' -'..', лась ~'ъ' предолах от °50 лт/г / в лерЕШ -сутки' / до 100. мг/г / в, конце :■'«. пускового периода'.' В" дальнзиаза нагрузка на. биомассу постепенно'.

y'OHbWtlOj ДО ;,'Г; М'/г.' '" Ч ',:,-'.' ■'• ■ . V '■" •■'■'■■-.]. ',' ■ . . ;'. Ta^o.í ¡aipbKUu диапазон иЪпнташшл аогруёок позволил .сравнить

•работу с'иорэакторов с разными-ыдами. ьагруьочнвх материалов'ь ¡.>ас-лкчкшс рзнимах биологическо!; очистки / неполная, полная биологическая очистка, "нитрификация/, и обоснованно ей брать вид загрузки; ' Анализ полученных дашвд показал,что в бирраакторах с фоюдофугдем ' слоем концентрация закроялонлоЕ на загрузке биош.еякн / рос,/о проведения периода' наращивания / устанавливается щхцстмчесгсд постоянной ' для: каждого-щм загрузочного материала иезаьяодю от на-

грузки по загряьцзшшм, и составляла в.оредцзи 4,2 г/м'; для полив- ■

• ' •-',*. о " ' ' ' '' * >

Т!шеноьшс,гра1|уЛ",','3,52 г/м- дая полистирола и 8 г/и'' да я тот,-

Объясняется это'хорошейгенерацией загрузки в Ло.чтсащрувшом едое за счет взаимного■ трэния частиц при ях'интонсчмюм перзмзщишши. ' Укайазодим аначадш концонтршиш я^крэдьашгой биокаосн оиотштотву-ет толщина бйоадонкк 100,- 300 мкад," п^'д: которой имеют место високиа скорости -.утилизации оубсурата.^и макси гльная плотность бмцвлооа. • Результаты ллбо|»гЬр1да>С!0ло»\овашгё по очистке сточялх вод ь биореакторах с. раз личщоди мдтъ загрузочных .материалов црнве5(эшг на рис. X.,Лояучеадрв.данзна'ошдэдашиъуде о •сои-,• чго эффективность очистки, ЗОК отадешюЕ жадкооти и производительность биореактора > . ' практически не.зависели'от вида вводоой в иего загрузки. Установлено, что в зона биореакции нараьнэ а прикрвдлешоа биошюнкой акчпц-но работала и, взвешенная ■бвдаора, которая в'фонтаиирудэдем сдое отрывается, от загрузки в относительно молодом возрасти и обладает внсркоМ окислительной способностью.

; Количество общей'биомассы'/ прикрашшшбд и изведанная/ г<ш.*а -не зависело от шпа применяемой в бмороакторе загрузки, а оиредаля-; лось режтюм■ проводония процесса,- и соответствую®»» аму приростом биомассы.' Это, и. объяб.чя^т практически одинаковую производительность 'установок о рааличиШй'и вдпами--загрузки/ при, одинаковых нагрузка^/.

Прн изменении количества &агруооч;юго'материала ы'биороакторе

НОй

ш , т ш ш т т

• нолиэ/лияе» 4 лагистиеоя

* лаар^лыи песок

хтг

дЗ Г5 ¿0 45 ¡0 №

10 М /В « гс Я? 24 £в &

Рис. 1. Изм-зиеш'0 1ПК и эОуекга очистки сточных- под в лабораторных .установках биореакторов с различными видами загрузки.

соотвйтствзвно изменялась концентрация арикреплэшкЖ и вавошотюй биомассы. Увеличение объема загрузки приводило к щ.ооддоонздьнаму' повышению количества пршсрепленчоЛ сшоплеккн и сншюшм конч.еитра-ции вззешшпюй биомассы и', наоборот, при умшыаеаии объема загрузки оптаа^ась относительная .поля прггкрошегмой биочаосн. Таким образом,' использован.1« взьешелйой. бшшеси позволяет увеличить производительность сооружения без введения в него значительных объемов загрузочного материала.Биомасса сорванная с часьад загрузки в аонтанируупюм слое образовывала плотные ствдкгудоде хлопья, которые хорошо оейидаются. Ийошй индекс этой '¿иом.ссн сосч'аы.-^ ' 40 - 60 см3/г. . . ' ' ' ■; '

., Х.'Оштохнсогь повесить производа(элх»шсть биорлисторов баз ували-чзния обьема.-вводимого материала :>агрузки била ¡мализогана в конструкциях полуярот'сводстаен.шх установок и. |»«;^.ботанш:с коиструк-

цчях полномасштабных биореакторов. \

В качество загрузочного цатериала для- дальнейших исследований., принялся стандартный гранулированный полиэтилен, который хорошо регенерировался'и; главное, позволял создать плававший фильтр на выходе из сооружения^ с помощью гсоторого в зона реакции задерживалась взвешенная биомасса., •

Лол упроизводственные исследования проводились на двух опытных установках, работающих- на сточных ¿одах молочного 'завода. Первая установка - биореактор р гидравлическим торемамиванием иелко&ернистой затрузкч, работала о'ез подачи воздуха'в анаэрОбннх условиях, вторая -установка - с га.звматичзек™' способом псевдоо.шкэиия, в аэробных условиях. В хода лроводшых исследований, в соответствии с программой , из'.пнплпсь олздутошие параметры: нагрузка по органическим за- . грязноштям на биореангор,..концэнтрация-загрязнений тоетупагтпх"сточ-ннх ьод, • темпзратура сточнм вод, а также объем 1 загрузки находящей--' ся в биореактора» Б, качестве "загрузки был-, применен полиэтилен ■ " • .

2,7 м. .Объоад загрузки'иьаднялся в пределах 5 - 10?» от объема зоны реакции.". • . ...■''"•''■ . ' . . ',' .' •

Исследования работы анаэробного биорёактора•проводились в че- ' тирах основных режимах.'Температура в зоне реакции составляла • ''5. ЗО'О. Диапазон концентрации загрязнений исходных сточных воц ' . по режимам / БПК « 4Ш;- 2470 иг/л / соответствовал диапазону изке--. нэнкя ХШС и БПК;в сточшх водах молочшга э;.шков различного 'про$и-.-/' ля. ПрдцчрлАНпе тробуамой .концентрация зогр:.зпзяии в' искодао!! вода. V. 'произвбтв'лось'.гобавкой ^сточшаг.юпам'-захола разбавленного молока»'-. i Нчгрузка го Ш; на бкор..!_;т6п псгло^шлась по. рая«'..'.ч от 0,87 кгААзут ! го 13 ;КгА!3сут, продолйГ'тольностьотсаюх' ВОД Б зоне • ; -ьмшгули - от .24'до..5¿З.чао. .;!рч эг:тх узлоги« 'ароизвод;--^» шесть , по Гс'--лзмзатву хап:!' -т.. ' пе\,здш,ар» от "'•'•'•

0,61 до 9,0 кг/м3суг, и эффективность очистки по X1IK от 50,3-Д до 81,80|, по BffltjjQj.jj - от 64$ до 94,1g. Результаты исс-ютюшний доказывают, что удельная производительность анаэробного биорэактора повышалась практически пропорционально величине нагрузки на биорзак-тор, соответственно изменялась и величина скорости изъятия органических загрязнений от 25 до 375 мг/л час.

.Для работы анаэробного'биореактора с гидравлическим перемешиванием загрузки, особенно при низких нагрузках, требовалась повышенная рециркуляция сточных вод, при которой с помощью пщрозлева-тора обеспечивалось псевдоодижение загрузки.

Оценивая результата работа анаэробного биорзактора со взвешенным слоем загрузки необходимо отметить, что'прг всех испуганных нагрузках в нем достигался достаточно стабильнии эффект (-чистки сточных вод, одашко, дахе при низких нагрузках качество очищенной воды не соответствовало полной биологической очистке. Поэтому анаэробные бкореакторн ь'огут быть приманены лишь для предварительной / неполной / отасш! сточных вод молочных згшоцсв.'

Работа аэробного биорзактора с пневматическим пезьцоожиисзнкам ' мелкоаернпсгоД загрузки•/,2-я установка / исследовалась в шти основных режимах.Б них ХПК исходных, сточных вод изменялась от . 130 дб 2150 мг/л, БГГК^д^ от 112 до .1849 мг/л, а время аэрации сточных вод'в зоне реакции от 4 до-12 часов. Температура сточных вод составляла 13 - 20*0. Нагрузка, по,.ХПК на биороактор по режимам изменялась в диапазона 1,18 - 7,4 кг/маоут,-: окислитэльная мощность составляла 0,87 - 4,'61.вд/м3суг.\Пр:1 этом эффект оч^ки уточных; 1 ,род колебалсяв'пределах: цо;ХПк'то%-oí* 98-" № 87,^,'V'ivV i У ¡¡ ''""-' •'/'•■V.' ' ' ' ,

• режим юлного псевдоожиженач загрузет достигался при интенсивности аэрации 10 мЭ/м2час. Подаваемый в биореактор расход воздуха-ссс- .

таьлял 2? - 31 мв/сут, что соответствовало иктенсявности аэрации 11,3 - 12,9 м3/м2чао.

Б ходе исследований работы полупроизводственннх биореакторов в указанных режимах было установленной что при объема загрузи из полиэтиленовых гранул равной 6%от объема биореактора аа счет -устройства плавающего.фильтра из той же загрузки на выхода из сооружения, удается поддерживать в зоне реакции концентрацию биомассы в пределах 4-11 г/л /в зависимости от нагрузки/. Иловый индекс взвешенной биомассы колебался в.пределах ДО - 70 см3/г. Дня сравнения следует отметить', что в'обычных аэротанках при очистке сточных вод полочных заводов доза ила составляет 3 - 4 г/л, иловый индекс 120 - 200 см3/г ж выше. '\' .-:•■'.'■;-'•' .

Ё зоне фильтрования биореактора происходила флокуляция на загрузке хлопьев кла, которые 8атем легко отделялись при регенерация фяльг- .'•■' ра. Время обновления загрузки фильтра при его непрерывной регенерация я скорости.фильтрования 5 - 10 и/чао должно составлять не более '4-8 час. .-;'.'': '■■'■.-.'■■•'.-;, .- '■

В четвертой главе приводятся результаты обработки опытных дан- ; них о целью выбора математического описания процесоа биологическое очистки сточных вод в бюреакторех с псевдоокигеяной мелкозернистой загрузкой, основанного на учете реальной гидродинамической обстановки в сооружения и;вкодериментально установленных закономерностей кинетики изъятая загрязнений. ' ••

: Особенность структуры потока в биорэакторе с гидравлическим способом перемешивания загрузки, создаваемого с помощью гидроэлеватора, обусловлена неоднородностью слоя загрузки в .восходящем потоке жидкости, В зона действия гидрселеватора он представляет собой по огдоожлжешнй слой яз гсгшшашивс гранул, верхний слой за- -

- 1У -

грузки находятся в плавающем состоянии, Очевидно, что характер потока жидкости но высоте сооружения будет неоднороден и может изменяться в зависимости от расхода подаваемой жидкости, напора на входе гидроэлеватора, его конструктивных параметров.

лпя описания структуры потока в биореакторе с гидравлическим перемешиванием загрузки вибрана ячеечная модель. Установлена возможность использовать полученные ранее зависимости /1 - 3/ для описания гипродина'пзди этих аппаратов в ' иных условиях работы. Зависимость критерия Пекле от критерия Рейнольдса /1/:

■ Ръ "" ' /1/

где - критерий Рейнольдса;

0 * о

. - приведенная скорость штока, м/с; .

кинематически! коэффициент вязкости, м~/с; В- удельная поверхность загрузьи, м2/мэ; А, а - коэффициенты, определнеше экспериментально. А = 0,055; а = '

- критерий Пекле; Ц - длина пути жидкости, м; ■ Д- коэффициент дифГ/узии вещества. Связь между критерием Ра и чтмлом ячеек р&8

■ та*СР*-1+<Ы .. . /2/.

Скорость перемещения долиэтиленбвих гранул загрузки в объеме биореактора:

«5 » Мй'КГ*'^'4*.» /3/ .

где .гцдрапякч'.-ская наг;.. зка, м3/м2сут;

Л- лоотношош'в сэчэнш горловины и сопла гидроэлеватора, , <'

Структура потока жидкости в биораакторах с пневматические пэремзши-

ванном загрузки монет быть с достаточное точное г ыо онйоана модиья ищалыюго смешения. Для аппаратов е отношением мирмнн к длина ¿iL - 0,5 : 1 кр"торий:Гв равэн 2,78, что нрлкгшшоки близко к ■ игральному омоопталп. Для сбздания полного tj,k>. гоитва-тл загрузки • интенсивность аорагти'соотм-ляет 10 м3/м''час / что меньше, чем тре-для вавеиггоанйя аигчвного ила /, расстояния г/еапу ааратора-- ми должно быть но болса 200 мм.

Показано, что гсропасс пятятед згггомзч9Нил в Сшорхшторах с гидравлическим- позо«лвшази;гю'4 доотаточло акоквпгио опио'шаотся ячоочной моделью C'¿'py¡.Tyj.iu потока и ураьнвшюм нестационарной кинетики биохимического продосса 1-ого /чс.звдогирво.го/ порядка:

При обработке полученных экспериментальных пет™* на LS\1 ЕС-1032 . поручена ¡эмпирическая лависиость коэ'^ицнентп скорости изъятия органнчэскчх загрязнаний'/ Кн / из сточных вон молочник заводов, -.' в анаэробных биорзакторах о пеэвлооляиешшм слое;,! мол козэрлисгЬй

з ц-нтктт в виде: -" •''■•.'

Ь-Ха^^ЧС™)«*6' /5/

где h*- врэмя чробыв.-ип'Я. ото'пилс.год• п зона роакшит, - час? Cjw исходная концентрация иигрязцаний сто-шкх-'сок*' :лг/я? • . KQ - 0,108"-*.''кинетическая чсэнатанта; . Степошше показать, а -и-.кгеюгкч^ж^ константа в.уравнении /5/ получены при. темпоратупа '¿5'С. При другой тоэтэратуро ;•

■ : /('i/ '

где- Т -.томпоратура сточ;шх лоц,-•(?; ,

• &- температурная. гге-главка, разная 1,04?" ' '■

J'jp. аэробного биороактора с япогштичлокп-- способом п^рзме-шигангл загрузка,исходя и:- модели идеального сюп-лия,- .применено -

уравнение /?/:

Qzz- = i+Kx-'ï ,n/

Саш

06]\.(5otj;oi¡ оке пори эшчшлшх данных ¡ш 01»л nojy4'¡iia bai ii;m,-oci'b коэффициента т,ьнгал ортагчзских загрузи j.iall в аэробном оио-pj.aa'opa с >ю 4;й0и>..1зйшшм ело.ш moj козорннсrufl загрузки в unie:

41 M?*"** M

dio i; - 0,523 - Kniíj'i'i'4ocic;i}i константа.

tjíl!HO.:-/OCi"( lío.» f> ai)! J-i'i'or: ;£j( Oï i pü'.'CdH И ИСХОДНОЙ KuifUQlU'pa-цпг! uar¡M!ua.>ttuÜ ero тих ит пр^ыщз ш на рас, 2 .

$\ул\ nuitmi /5/ и /Я/ срам ит.«»/!1 хорошу « • кояци•. с э.лчгри-мо!1т;у,гньми яашпми, } -г/ч'пчха невязок ¡кючатш.'Х и огаичшч ла.шх из провьшалп 20

В пктоЗ глаь» ггр'игодлш риксиандалии по раочоту и пролт^адва-тт бпорац..тороь о мелкозернистой затру ысой для очледа: сточных вод npo/tnpimmi мо^очцоД ^кшшьоциостн, и дань "Tpiiv.opu Гиюпрлнин к тохнико-акономическио показать и этих соору^тшИ, .

На основами npowneiinur исйгодоишиД «pery ониии технологические oxoMi излолюЦ, чо;;ю;! и глуГокой от с лен сточных вод мыоашх заводу»-, о и.-? tüj'bi,'A<.;i'dM ^¡jutíonmak конструкций аэробного и анаэробного биороакто.иов /рис. 3 /.

Расчет биороакто|х>в производится на основе ураьыиий /1-8/. Разработаны рекомендации по расчету и проектированию сооружали! полной биологической очистки' оточннх вод moj очных заьоцов. Рекомонда-'ции разработаны душ двух вариантов: - для очистки оточннх еод молоч- | них заводов с исходной концеларациеЛ органических загрязнений по ЕПКламк s 1200 мг/л, и для очистки сточных вод сыродельных заводов о EíKaoJiH> = 2400 мг/л.' По этим рекомендациям институтом Яенводока-

л 22 -

-4J

-At

чгг

1 К.

» Ul

Рио. 2. Зависимость коэффициента Кц от времени и исходной концентрации органических аагряваваий оточаих вод. а/ анаэробный биораактор; б/ авробный бнореактор

Ч «Л/вевгяатпкяг схема fnaeir&t # мипые/ay/J cvucam S

е. ¿»vxcmYirtvtomm ^слема twaaeu ■■

1———.. ' ■ "I • J-

ГТТ}—т»Пт1—

Рис.З. Рекомендуемые технологические схемы очистки сточных вод молочных заводов. ..•••'.

1-первичный. отстойник, 2-анаэробный биореактор о ясевдоожи- \ женным слозм, 3-азробныЙ биореактор с ГС, 4-биосорбер, 5-ана-эробноэ сбраживание осадка, 6-аэрсбшй стабилизатор, 7-углот-'нитель,. 8~иловые тующвдки, а-подача СБ на ОС, б-отведение ■ очищенной води, в-подача.ПАИ..из аэробного БТВ в анаэробный,, г-подача осадка ир обработку, д-вывоз обработанного осадка • па с/х поля, е-во:зврат жидкости из обработки осадка в голову.

<■ ОС, - ■•.'■' :. , •;•...•■■; -

налпроект разработан экспериментальный проект аэробного биореактора о' дсевдоожиженной загрузкой на производительность 400 м3/сут. Разработанные конструкции биорвакторов применены институтами Кпро-вбградагропроект и Киевагропроект при проектировании очистных станций 5 молочных заводов Кировоградской и в Киевской областлх. Разработаны и выданы рзкомендатши на реконструкцию очистных сооружений 1-ого молочного комбината г, Санкт-Поторбур^.

Себестоимость очистки сточных еод в разработанных биореакторах составляет 0,28 руб/м3, ожидаемый годовой экономический эВДект /на объем внедрения -1,0 тыс. м3/сут сточных вод/ - 37,5 тнс. рублей /в ценах 1990 г./. Экономия достигается за счзг интенсификации процесса очистки, повышения, производительности сооружений, снижения эксплуатационных и строительных затрат. .

Основные вывода.

1. В результате проведенного литературного обзора показано, что интенсификация процесса биологической очистки сточных вод предприятий молочной промышленности молег быть осуществлен! в биореакторах со взвелюшшм / псэвдоожиязшшм / слоем загрузки.

2. На основании теоретических и экспериментальных исследований выбрпн наиболее выгодный режим пазвдоожгаеикя загрузки - фонтанирующий слой, при котором обеспечивается непрерывная регенерация частиц загрузки,'повышается надежность-работы биорзактора, упрощается конструкция распределите; лшх систем.

.3: Изучена дкнамхка. роста бяомассн на загрузке, условия ее рэ-генерации г.о взвешенном слое, влго;ят'е прикрепленной и взвешенной биомассы на эффективность работы бчорзактора, обоснован выбор вида" загрузки.

4Лоодлодзш и разработаны конструкции бйорвакто;ч>Е с тицрат-.-

л . адским и пневматическим способами псевдоожижения загрузки 'из полиэтиленовых гранул, обеспечивающих условия для создания и поддержания высоких концентраций прикрепленной и взвешенной активной биог массы. На конструкцию аэро' кхго бгореактора получено положительное решение на заявку на изобретение. •

5. Л результата лабораторных и полупроизводственных исследований по очистке сточных вод молочного завода в аэробных и анаэробных условиях, определены скорости процессов изъятия органических загрязнений, оптимальные технологические параметры работы аэробных и анаэробных биореакторов, предложенных конструкций.

6. Предложено математическое описание гидродинамических характеристик биореакторов, кинетики изъятия загрязнений сточных вод молочных заводов в аэробных ч анаэробных условиях. Получены достаточно адекватные математические модели испытанных т.яоб биореакторов

со взвешенным /пеэвдооетженнш/ слоем загрузки.

7. На основе результатов исследования разработаны рекомендации но расчету и проектированию биореакторов с' псавдоожиженным слоем мелкозернистой загрузки, технслйгичзские схемы полной и неполной очистки сточных вод молочных заводов на 'этих тнпаг биореакторов.

8. Результаты работы внедрены на стадии рабочего проекта институтом ¿енЕОДоканалпроект и использованы для проектирования 5-ти

'очистгчх станций в Кировоградской ч Киевской областях, выданы рекомендации по реконструкции очистных сооружений молочного' завода' г. Санкт-Петербург. Ожидаемый. экокоадччеокий э'Тшэкт составляет 37,5 тыс. г. год на расход г.точннх вод 1,0 тыс. м3/сут., себестоимость очистки чточянх. но г - 0,28 руб./м3 /по ценам .1990 г./.

• •, -. , ^уЛтагли:*. " .• _

Оо:;»х.ч1?л гдоснижга лч8с«рТ8.лионйОЙ работе опуй'.ккоьааи в ола-

"V 1>уУХ-гратах: . .

1. Ю.А.Феофанов, Б, Райцыкова. Биореактор с ожиженным слоем загрузки. // Очистка сточных вод и додготовка воды для про«водоснабжения. - Материалы науч.-тех. семинара,- Новополоцк, 1990,- о. 39.

2. Ю.А.Феофанов, Е.Райцэыкова. Исследования биораактора о сжиженным слоем загрузки для очистки оточных вод. // Человек - труд -экология. Тезисы докл. Всесоюз. науч.-практ. конф.- Волгоград, 1990.-с. 152 - 153.

3. Ю.А.Феофанов, С.М.Палашин, З.Райцзыкова. Гидродинамические характеристики усадочных биореакторов для очистки вода. // Исследования в обл. водоснаб., канализации, вентил. и яондицир. воздуха.-Меквуз. темат. сб.- Л.: ЛИСИ, 1991.- о. 8 - 12.

4. Ю.А.Феофанов, Е. Райцзнкова. Результаты исследований по очистке сточных вод молочного завода в биореакторах с псевдоожиженннм слоем. // Повышение эффективности работы систем водоснаб., водоотваде-нш, очиотки прир. и сточных вод.- Межвуз. темат. сб.- Л.: ЛИСИ, 1991.- о. 21 - 25.

5. Ю.А.Феофанов, Е.Райцзыкова. Еиореактор для очиотки сточных вод,- Заявка.# 4886941/25. Положительное решение о вндаче авторского свидетельства от 26.06.1'991 г. .