автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Разработка комплексной технологии очистки сточных вод с минимизацией образования избыточного активного ила и осадка

На правах рукописи

Смирнов Дмитрий Геннадьевич

РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД С МИНИМИЗАЦИЕЙ ОБРАЗОВАНИЯ ИЗБЫТОЧНОГО АКТИВНОГО ИЛА

И ОСАДКА

05.23.04-Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных

ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

] 6 \т ¿013

Москва - 2013

005058056

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный строительный университет».

Научный руководитель:

кандидат технических профессор

Жмаков Геннадий Николаевич

наук,

Официальные оппоненты:

Щербаков Владимир Иванович, доктор технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»,

профессор кафедры гидравлики, водоснабжения и водоотведения.

Соколова Елена Васильевна, кандидат технических наук, старший научный сотрудник ОАО «НИИ ВОДГЕО», заведующая лабораторией

биологической очистки.

Ведущая организация: ООО «Центр проектирования

инженерного оборудования».

Защита диссертации состоится «¿/» мая 2013 г. в /5 часов СО минут на заседании диссертационного совета Д 212.138.10. при ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе д.26, зал Ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет».

Автореферат разослан «' 3 4 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного

Гогина Елена Сергеевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время как в существующих, так и во вновь проектируемых схемах очистки сточных вод обработка и утилизация избыточного активного ила и осадка зачастую воспринимается как второстепенная задача. При этом необработанный осадок утилизируется такими несовершенными методами, как складирование на иловых площадках или сброс в пруды-накопители.

Проблема, связанная с обработкой и размещением осадка и избыточного ила, затрагивает технико-экономический и социально-экологический аспекты.

Технико-экономический аспект обусловлен . , отсутствием надежных технологий, позволяющих:

а) минимизировать образование избыточного активного ила и осадка;

б) максимально переработать образующийся ил и осадок в вещества и материалы, которые в дальнейшем могут быть использованы в различных отраслях народного хозяйства.

Социально-экологический аспект обусловлен постоянным расширением площадей для хранения осадков, загрязнением почв и водной среды ионами тяжелых металлов, а также ухудшением санитарной обстановки в районе организованного и, тем более, неорганизованного размещения осадка.

В связи с вышеперечисленными обстоятельствами перед современной наукой в области водоотведения остро стоит задача по созданию такой технологии очистки хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод, при которой бы выполнялись следующие условия:

- качество очищенных сточных вод удовлетворяет современным нормативам, таким как, например, СанПиН 2.1.5.980-00 «Водоотведение населенных мест, санитарная охрана водных объектов. Гигиенические требования к охране поверхностных вод», в том числе и по биогенным элементам при образовании минимально возможного количества избыточного активного ила и осадка;

- существует возможность использования получаемого осадка в качестве удобрения или иной способ упрощения его утилизации;

-обеспечивается компактность очистных сооружений, сокращение занимаемой ими площади за счет снижения времени обработки вод и осадка и, как следствие, сокращение объема емкостей;

Цель диссертационного исследования: разработка технологической схемы очистки хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод, обеспечивающей эффект очистки, удовлетворяющий современным природоохранным требованиям, а также позволяющей минимизировать вывод вторичных продуктов очистки в виде сырого осадка и избыточного активного ила в окружающую среду.

Задачи работы:

1. Исследование процессов образования биомассы при очистке сточных вод в аэрационных сооружениях с прикрепленной микрофлорой.

2. Выбор оптимальной по количеству ступеней и составу сооружений технологической схемы очистки сточных вод с прикрепленной микрофлорой, обеспечивающей как высокую эффективность очистки, так и минимальное образование избыточной биомассы.

, 3. Математическое описание процесса очистки с использованием крупнопористого загрузочного материала из переплетенных полимерных нитей при образовании минимально возможного количества избыточной биомассы.

4. Исследование процесса аэробной стабилизации избыточной биомассы, получаемой при использовании предлагаемой схемы очистки.

5. Разработка рекомендаций по применению разработанных технологических схем глубокой биологической очистки сточных вод и обработки образующейся биомассы для строительства и реконструкции очистных сооружений.

6. Технико-экономическая оценка применения разработанных комплексных схем очистки и обработки осадка.

Объект исследования: хозяйственно-бытовые сточные воды и вторичные продукты (избыточная биомасса и осадок), получаемый в процессе очистки.

Предмет исследования: технология использования крупнопористого загрузочного материала из переплетенных полимерных нитей в сооружениях биологической очистки с целью получения минимального количества избыточной биомассы. Пути интенсификации процесса аэробной стабилизации полученной биомассы.

Рабочая гипотеза: использование в аэрационных сооружениях биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод крупнопористого загрузочного материала из переплетенных полимерных нитей позволяет сократить прирост и вынос избыточной биомассы до минимально-возможных значений, а применение эжекторной аэрации позволяет интенсифицировать процесс аэробной стабилизации полученной биомассы и увеличить распад органического вещества.

Научная новизна диссертационной работы:

впервые показана эффективность использования крупнопористого загрузочного материала из переплетенных полимерных нитей при биологической очистке хозяйственно-бытовых сточных вод, по сравнению с очисткой в традиционных аэрационных сооружениях;

- теоретически обоснована и практически доказана минимизация образования избыточной биомассы при использовании исследуемого загрузочного материала в системах биологической очистки сточных вод по сравнению с «классическими» схемами очистки;

- установлено и обосновано положительное влияние эжекторной системы аэрации для аэробной стабилизации избыточной биомассы, получаемой в системах биологической очистки с крупнопористым загрузочным материалом из переплетенных полимерных нитей;

получены математические зависимости, определяющие кинетику процесса

биологической очистки сточных вод с прикрепленной микрофлорой при образовании минимально возможного количества избыточной биомассы. Практическая значимость:

- разработана двухступенчатая схема биологической очистки сточных вод, обеспечивающая как высокий эффект очистки, так и минимальное образование избыточной биомассы;

- разработана технология аэробной стабилизации избыточной биомассы, позволяющая сократить время стабилизации и уменьшить количество осадка, подлежащего дальнейшей обработке;

разработаны рекомендации по расчету и внедрению сооружений биологической очистки с крупноволокнистым загрузочным материалом и аэробных стабилизаторов с эжекторной аэрацией. - .

Внедрение результатов. Разработан проект реконструкции очистных сооружений «Орешкинского комбината нерудных строительных материалов» производительностью 100 м3/сут и очистных сооружений ООО «МДК» в Дмитровском районе Московской области производительностью 600 м3/сут.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы изложены на:

- научно-технической конференции НИРС в МГСУ, 2004 год;

- научно-технической конференции НИРС в МГСУ, 2005 год;

- конференции, посвященной памяти C.B. Яковлева в МГСУ, 2006г;

- научно-технической конференции НИРС в МГСУ 2007 год;

- «Юбилейной десятой международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство-формирование среды жизнедеятельности», МГСУ, 2007 год;

- «11-й международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство-формирование среды жизнедеятельности», МГСУ, 2008 год;

- «12-й международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство-формирование среды жизнедеятельности», МГСУ, 2009 год;

«1-й Восточноевропейской региональной конференции молодых ученых и специалистов водного сектора» Минск, 2009 г;

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной отечественной и зарубежной литературы, приложений. Она содержит 140 страниц машинописного текста, 70 рисунков, 28 таблиц, 3 приложения и список литературы из 102 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, ее научная новизна и практическая значимость. Определены цели и задачи исследований. Приведены данные о внедрении и апробации результатов. •

В первой главе рассмотрены основные пути минимизации поступления вторичных продуктов очистки сточных вод, а именно избыточной биомассы (активного ила) и сырого осадка в окружающую среду. Среди указанных путей

выделены: отказ от устройства первичных отстойников в схеме очистки при низких концентрациях загрязнений в поступающей воде, применение технологий биологической очистки, обеспечивающие минимальный прирост биомассы и интенсификация методов стабилизации избыточного ила и осадка, обеспечивающие максимальный распад органического вещества.

Приведены данные по концентрациям загрязнений сточных вод, поступающих на очистные сооружения различных населенных пунктов Московской и соседних областей, подтверждающие снижение в стоках содержания взвешенных веществ и БПК, при росте концентраций аммонийного азота и фосфатов. В этом случае первичное отстаивание будет отрицательно сказываться на работе очистных сооружений, вызывая нарушение рекомендованного соотношения БПК:№Р как 100:5:1. Таким образом, в современных условиях вполне возможен отказ от устройства первичных отстойников, что предотвращает образование сырого осадка.

Рассмотрены схемы очистки хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу производственных стоков, обеспечивающие выполнение современных санитарных требований при минимальном приросте биомассы. На основании исследований российских и зарубежных ученых, таких как Воронов Ю.В., Залетова H.A., Гогина Е.С., Жмур Н.С,., и др. установлено, что в полной мере требованиям к таким схемам отвечают схемы очистки с прикрепленной биомассой с зонами нитрификации и денитрификации.

Рассмотрены современные носители для иммобилизации биомассы. Среди них выделен один из новых и наиболее интересных для изучения - крупнопористый загрузочный материал из переплетенных полимерных нитей (рис.1).

Рисунок 1 - Исследуемый загрузочный материал

Несмотря на то, что применение описанных технологий позволяет снизить прирост биомассы, полностью его остановить не представляется возможным. В связи с этим рассмотрены современные методы стабилизации биомассы, выводимой из систем биологической очистки с прикрепленной микрофлорой. Среди последних наибольший интерес для изучения представляет метод аэробной стабилизации с эжекторной аэрацией.

Во второй главе сформулированы основные задачи первого этапа исследований, описана методика их проведения, конструкции одно- и двухступенчатой лабораторной установки, приведены результаты лабораторных исследований.

Лабораторные исследования были посвящены изучению возможности использования исследуемого загрузочного материала, выбора одной из его существующих модификаций с позиции способности к биологическому обрастанию и стойкости к заилению, а также влиянию выбранного материала на ход процессов окисления органического вещества, прирост биомассы и удалению соединений азота и фосфора.

По результатам визуального осмотра после пребывания образцов материала в аэротенке действующих очистных сооружений было установлено, что при наиболее пригодным к применению оказалась модификация исследуемого материала с удельной поверхностью 365 м2/м3.

Рисунок 2 - Схема лабораторной установки, а) - экспериментальная установка, б) - контрольная установка 1-бак искусственной сточной жидкости; 2-экспериментальный биореактор; 3-контрольный биореактор; 4-загрузка; 5-приемная воронка; 6-вторичный отстойник, 7-отвод очищенной воды; 8-компрессор; 9-аэратор; 10 -эрлифт возвратного ила; 11-воздухопровод.

Для определения влияния исследуемого загрузочного материала на процесс окисления органического вещества и прирост биомассы использовалась лабораторная установка, представленная на рисунке 2а.

Исследования на лабораторном этапе проводились с использованием искусственно приготовленной сточной жидкости на основе пептона и минеральных солей. Концентрации загрязняющих веществ были приближены к существующим в реальной сточной воде. Санитарно-химические анализы для контроля за работой установок проводились по общепринятым аттестованным методикам. Время аэрации сточной жидкости в установке составляло 8 часов. Объем аэрируемого биореактора был заполнен загрузочным материалом на 80%. Для сравнения работы установки с работой «классической» схемы со свободноплавающим илом была использована контрольная установка эквивалентного объема, представленная на рисунке 26. Результаты исследований на одноступенчатой лабораторной модели представлены в таблице 1.

Таким образом, по результатам исследований на одноступенчатой модели был отмечен высокий эффект очистки по БПК, а также вынос взвешенных веществ из

экспериментальной установки не превышающий 5 мг/л. Естественная регенерация загрузки с отторжением биомассы наблюдалась ке чаще чем 1 раз в 2,5 месяца.

Взвеш. Вещества, мг/л БПК мг/л Азот аммонийный мг/л Азот нитритов мг/л Азот нитратов мг/л Фосфор фосфатов мг/л

Вход Вых. Г) Вход | Л 3 со Э% Вход сс т Вход Вых. Вход Вых Вход X сс э%

Эксперимент, бйореактор 94.06 о© чО О 5 96.1 17,8 £ 12.6 0.04 3 0,19 ос 00 гч о' 85,1

Контрольный биореактор 77.1 <> С\ 87,2 171,1 ! 10,9 о* | 22,6 о 28,9 | 0,02 0,95 0,17 о О) 63,3

а) б.) -

Рисунок 3 - Схема двухступенчатой лабораторной сутановки. а) - экспериментачьная установка; б) - контрольная установка; 1-бак синтетической сточной жидкости; 2-экспериментальный биореактор (нитрификатор) ; 3-контрольный биореактор (нитрификатор); 4-загрузка; 5-денитрификатор; 6-вторичный отстойник; 7-отвод очищенной воды; 8-компрессор; 9-аэратор; 9.1- крупнопузырчатый аэратор для перемешивания 10 -эрлифт возвратного ила; 11-воздухопровод.

Для изучения влияния загрузочного материала на процессы удаления соединений азота, экспериментальная и контрольная установки были дополнены предвключенным денитрификатором (рисунок За и 36). Время пребывания в денитрификаторе в обеих установках составило 4 часа, в нитрификатор-8. Рециркуляция сточных вод из аэробной в аноксидную зону составляла 150% от поступающего расхода. Данные работы двухступенчатой установки представлены в таблице 2. Из результатов исследований видно, что эффект удаления аммонийного азота в экспериментальной установке на 20% превосходит эффект в контрольной при БПК очищенной воды не более 8 мг/л и выносу взвешенных веществ не более 5 мг/л. Кроме того, содержание окисленных форм азота в очищенной воде говорит об эффективности использования исследуемого материала в аноксидной зоне при осуществлении процессов денитрификации. Также внимания заслуживает эффект удаления фосфатов, обеспечивающий показатели качества на уровне приближающемся к значениям для водоемов рыбохозяйственного использования.

Таблица 2 - Результаты исследований на двухступенчатой установке

Взвеш. вещества мг/л ВПК, мг/л Азот аммонийный мг/л Азот нитритов мг/л Азот нитратов мг/л Фосфор фосфатов мг/л

— Вых. о4 (Г) и со Вых. о4 т Л со Вых. £ и 05 Вых. и со Вых и « Вых. (Т.)

Эксперимент, биореактор ОО «/-> ГО 246,3 ОО ю оГ г- <ч ГЛ ОО г}- о" •А) о" о" оС о" ОО С| о" гя ОО ОО

Контрольный биореактор гч ОО г- осГ ОО 194,7 ГО Г) ОО ОО 20,09 со" гч о ОО о" о" г- сГ ОО ОЧ о" о\ о" ач о" \о

В третьей главе описаны исследования в полупроизводственных условиях, основной задачей которых было определить эффективность использования исследуемого материала для очистки сточных вод при минимизации образования биомассы на реальной сточной воде. Исследования проводились на установке, изображенной на рисунке 4.

Эксперимент проводился на реальной сточной воде г. Москвы. Расход подаваемый на установку варьировался в таких пределах, чтобы можно было обеспечить общее время пребывания в установке от 4 до 30 часов. При этом схема разделения установки на зоны организована таким образом, что V* времени пребывания сточные воды находятся в аноксидной зоне, 3Л- в аэробной. Для определения оптимального времени пребывания установка работала продолжительное время в каждом из заданных диапазонах расходов. По результатам выполненных санитарно химических анализов оптимальным был признано время пребывания 17 часов, т.е. 4,5 часов в аноксидной зоне и 12,5 в аэробной. Рециркуляция составляла 150% от поступающего расхода. Данные по работе установки при оптимальном времени пребывания представлены в таблице 3.

Рисунок 4 - Схема полупроизводственной установки биологической очистки с минимизацией образования избыточного ила. 1-подача осветленных стоков, 2-перелив, 3-бак постоянного уровня, 4-защитная сетка, 5 трубопровод подачи стока в установку, 6-корпус биореактора, 7-анаэробная зона с волокнистой загрузкой, 8-аэробные зоны с волокнистой загрузкой, 9-воздуховод, 10-эрлифт рециркуляции, 11-возврат стока содержащего нитраты, 12-выход очищенной воды, 13-емкость для отбора средних проб, 14-компрессор.

Таблица 3 - Результаты исследований на полупроизводственной установке

Взвеш.веще ства мг/л ВПК,мг/л Азот аммонийный мг/л Азот нитритов мг/л Азот нитратов мг/л Фосфор фосфатов мг/л

X М Вых о4 т X са Вых г? т X са X аа 5? т X са Вых X са Вых X еа Вых Г)

Эксперимент, биореактор 1П Г-" т С4 ОС ¡5 120,2 ¡л Г1 О! г-»" о" с* 0,0063 2 0,0752 2 о м чо о-Г г| г-

Динамика выноса взвешенных веществ из установки представлена на рисунке 5. Динамика изменения баланса форм азота представлена на рисунке 6.

Таким образом, результаты полупроизводственного эксперимента подтвердили экспериментальные данные, полученные в главе 2, а также доказали целесообразность и эффективность применения исследуемого загрузочного материала для очистки сточных вод в условиях минимизации образования биомассы.

.. «о я На выходе Я На входе.

Рисунок 5 - Динамика выноса взвешенных веществ из полупроизводственной установки

■ 1ЧН4 вход ■ ГМН4 выход ■ N03 выход ■ N02 выход

Рисунок 6 - График изменения концентрации форм азота, в воде поступающей и выходящей из экспериментального биореактора

Кроме того, были получены гидробиологические и седиментационные характеристики биомассы, выносимой из установки во время работы, а также в процессе естественной регенерации загрузки (таблица 4).

Таблица 4 - Седиментационные характеристики биомассы

Концентрация биомассы, г/л Зольность биомассы, % Гидравлическая крупность, мм/с

Свободноплавающей Прикрепленной Свободноплавающей Прикрепленной Свободноплавающей Прикрепленной

Аэробная зона 1,4 7,8 28 42 0,05 0,4

Аноксидная зона 1,1 7,3 10 18 0,05 0,5

Из таблицы видно, что биомасса, выносимая при естественной регенерации загрузки, имеет большую зольность и гидравлическую крупность, чем свободноплавающая, выносимая при работе установки.

Также в третьей главе проведена математическая обработка результатов полупроизводственных исследований на основании метода линеаризации Лайнуивера-Берка. Исходные данные для обработки представлены в таб. 5.

Таблица 5 - Удельные скорости окисления и нагрузки на биомассу

Нагрузка на активный ил по орг. загр., мгБПК5/гбвсут Удельная скорость окисления по бпк5, мгБПКв/гбв.ч Нагрузка на активный ил по аммон. азоту, мг 1ЧН4/гбвсут Удельная скорость окисления по аммон. азоту, мг NH4/r6B.4

0,058 1,4 0,013 0,3

Построены зависимости обратных величин скорости окисления органического вещества от обратной величины концентрации БПК5 и обратных величин скорости окисления аммонийного азота от обратных величин концентрации аммонийного азота (рисунки 7,8).

4,00

-эде--эш-

-ът-

-гт-

-Ц50-

V - 1.383Х + 0,2786

0,10

0,30

о,so

0,70

0,90

I ВПК

Рисунок 7 - График зависимости l/p-/(l/Lex)

-6Л9-

-где-

1/[МН4]

Рисунок 8 - График зависимости 1/р = /(1/Ьех)

Зависимости Михаэлиса-Ментен для скорости окисления органических веществ и аммонийного азота от его концентрации принимают вид:

у- 5 = 0,27-4, у-У^-й _ 2,32-М/4е1.

4,+5 0,20 + 4, 0.68 + ДГЯ<ю

Графическая интерпретация представленных зависимостей показана на рисунке 9.

[БПК5], мг/л [N44], мг/л

Рисунок 9 - Зависимость скоростей реакции окисления от концентрации БПК5 и аммонийного азота в очищенной сточной жидкости

В четвертой главе описан эксперимент по аэробной стабилизации избыточной биомассы, получаемой при применении технологии с минимизацией прироста на исследуемом загрузочном материале с применением струйной эжекторной аэрации. Основной целью эксперимента было определение оптимального времени обработки, и влияние эжекторной аэрации на гидробиологический состав стабилизируемой иловой смеси Эксперимент проводился на лабораторной модели аэробного стабилизатора, оборудованной циркуляционным насосом и эжектором для насыщения иловой смеси воздухом (рисунок 10). В качестве критериев оценки процесса стабилизации были выбраны доза ила по объему и массе, ХПК иловой смеси, зольность и содержание

взвешенных веществ в иловой воде. Для работы использовалась привозная биомасса, полученная на сооружениях с прикрепленной микрофлорой.

Отбор проб для определения указанных показателей осуществлялся через

заданные промежутки времени. Результаты эксперимента представлены в таблице 6.

© _

ГШ—^

Рисунок 10 - Экспериментальная лабораторная установка. 1 - емкость стабилизатора объемом 100л; 2 - насос НБЦ-0,37; 3 — циркуляционный трубопровод; 4 — эжектор; 5 -предохранительная емкость; 6 - ротаметр.

Из результатов исследования видно, что при кратности прохождения всего объема иловой смеси через эжектор составляющей 10 раз в час минимальная ХПК иловой смеси достигается через 25 часов обработки. При том же времени достигается максимальная зольность и далее остается неизменной.

Таблица 6 - Результаты исследования процесса стабилизации

Время, ч Конц. ила, мл/л Конц. ила, г/л Иловый индекс, см'/г Зольность, % ХПК, мг/л Взвешенные вещества в иловой воде, мг/л

0 870 4,2 207 31 6432 4,0

1 570 4,2 136 31 - 122

3 310 3,9 80 33 4288 152

5 280 3,9 72 38 3752 174

25 240 2,4 102 45 3752 214

28 270 2,3 117 45 4748 221

Для определения влияния эжекторной аэрации на седиментационные и гидробиологические свойства биомассы установка была переоборудована следующим образом: добавлен загрузочный бак, система пневматической аэрации. Эжектор заменен на сопло-дроссель равного диаметра (рисунок 11).

Рисунок 11 - Схема лабораторной установки для изучения влияния эжекторной аэрации на гидробиологический состав ила. 1 -емкость стабилизатора; 2 -циркуляционный насос; 3 -сопло-дроссель; 4 - циркуляционный трубопровод; 5 - загрузочный бак; 6 - мелкопузырчатый аэратор; 7 - воздухопровод; 8-ротаметр; 9-компрессор.

Исходную биомассу из загрузочного бака перекачивали через дроссель в аэрируемую емкость стабилизатора. Далее цикл повторяли. Для различного количества циклов прохождения через дроссель определяли динамику осаждения ила (рисунок 12) и гидробиологический состав (рисунок 13). Через 400 циклов перекачки в обрабатываемом иле полностью отсутствуют живые подвижные организмы, а количество цист - единично.

Таким образом, экспериментально подтвержден эффект дегельминтизации при стабилизации с эжекторной аэрацией а также определено требуемое время обработки.

1100

1050

1000

5 950

м 900

и 850

1

о с 800

1 I 750

2

о

л О 700

О

650

600

—♦—Исходный —т~ 1 цикл 2 цикла

—*—5 циклов

—•— 10 циклов

1 2 3 4 5 6 7 8

Время, мин

Рисунок 12 - Зависимость динамики оседания от количества циклов перекачки

а) б)

Рисунок 13 - Гидробиологический состав биомассы до (а) и после (б) стабилизации

В пятой главе рассматривается опыт реконструкции действующих очистных сооружений производительностью 100 м3/сут с применением разработанной технологии. Технологическая схема приведена на рисунке 14.

Сточные воды от КНС по напорному трубопроводу поступают в распределительную камеру, откуда направляются в денитрификатор первой ступени каждой секции, из которого погружным насосом иловая смесь перекачивается в два параллельно работающих биореактора первой ступени со струйной аэрацией и крупнопористым загрузочным материалом из переплетенных полимерных нитей. Частично нитрифицированные стоки из этих биореакторов поступают в промежуточный резервуар (работающий как денитрификатор) второй ступени, последовательно соединенный с денитрификатором первой ступени. Из денитрификатора второй ступени погружным насосом ЦМК 16/27 сточные воды перекачиваются в биореактор второй ступени, также оборудованный загрузкой для прикрепленной микрофлоры. Часть стоков, равная среднесуточному расходу сточных вод, перепускается из биореактора во вторичный отстойник. Другая часть стока возвращается самотеком в денитрификатор второй ступени. При этом функция отстойника сводится к задержанию случайно выносимых взвешенных веществ, а также массового выноса при естественной регенерации загрузочного материала. Задержанная биомасса из вторичного отстойника эрлифтом перекачивается во вновь проектируемый аэробный стабилизатор. Для кондиционирования осадка (стабилизации) была применена исследованная автором технология.

Кондиционированный осадок из стабилизатора перекачивается наосом на иловые площадки. Очищенные сточные воды сбрасываются на рельеф.

Прирост активного ила в аэротенке и биореакторе был принят по экспериментальным данным 0,5 кг/сут против расчетного 10,3 кг/сут, определенного в соответствии с п. 6.169 СНиП 2.04.03-85. При влажности 98% объем избыточного ила (биомассы) составит 0,05 м3/сут или 10 м3/год.

Рисунок 14 - Схема очистных сооружений после реконструкции. 1-КНС, 2-решетка, 3-подающий насос. 4-распределительная камера, 5-аноксидная зона, 6-биореактор-нитрификатор I ступени, 7-аноксидная зона, 8-нитрификатор II ступени, 9-вторичный отстойник, 10-контактный резервуар, 11-иловые площадки, 12-погружной насос, 13-струйный аэратор, 14- загрузочный материал, 15-сопло регенерации загрузки, 16- задвижка с электроприводом, 17-эрлифт возвратного ила, 18-компрессор, 19-бак.гипохлорита натрия. 20- насос-дозатор, 21 -аэробный стабилизатор.

Процесс естественной регенерации загрузки наблюдался с интервалами в 2,5-3 мес. При начале отторжения осуществлялась промывка загрузки биореактора второй ступени. В этом случае во вторичный отстойник поступала иловая смесь с концентрацией 8,1 г/л. Зольность биомассы составила 35%, а количество фильтрата, отдаваемого 1 л ила при безнапорном фильтровании (обезвоживаемость), составило 700мл.

Показатели качества очищенной воды в сравнении с природоохранными нормами приведены в таблице 7.

Также в пятой главе рассмотрены рекомендации по внедрению разработанной технологии при реконструкции действующих и строительстве новых очистных сооружений. Кроме того, по данным работы реконструированных очистных сооружений проведен экономический расчет, показывающий экономическое преимущество применения технологии с использованием загрузочного материала в виде предотвращенного экологический ущерба 1,0 млн. руб. /год и сокращения платы за сброс загрязняющих веществ на 51469 руб./год.

Таблица 7 - Показатели качества очищенной воды.

№ Показатели Очищенная вода, мг/л ПДК, (культ.-быт.), мг/л ПДК, (рыб. юз.), мг/л

1 рн 6,5-8,5 6,5 - 8,5 6,5 - 8,5

2 Взв. в-ва 2,2-3 +0,75 к фону +0,25 к фону

3 БПК, 2,5-5,9 6 3

4 ХПК 8-25 30 Не норм.

5 Азот аммонийный 0,3-0,5 10 . 0,39

6 Азот нитритный 0,01-0,03 1,0 0,02

7 Азот нитратный 5,1-7,9 До 10 9,1

8 Фосфаты (по Р) 0,23-0,38 Не норм. 0,2

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Рассмотрены основные пути минимизации поступления в окружающую среду избыточной биомассы и сырого осадка очистных сооружений. Выполнен обзор современных технологий биологической очистки, в результате которого в качестве технологи, сочетающих высокий эффект изъятия загрязняющих веществ с минимальным образованием избыточной биомассы предложена биологическая очистка в сооружениях с прикрепленной микрофлорой.

2. В результате обзора технологий стабилизации избыточной биомассы, обеспечивающих максимальный распад органического вещества, в качестве такой технологии предлагается аэробная стабилизация с эжекторной аэрацией;

3. Определены технологические параметры использования крупнопористого загрузочного материала из переплетенных полимерных нитей в системах биологической очистки при заполнении биореактора на 80-90%, обеспечивающего высокое качество очищенной воды и сокращение выноса взвешенных веществ до 2-3 мг/л;

4. В результате лабораторных и опытно-промышленных исследований доказано сокращение количества избыточной биомассы в системах с исследуемым материалом в 20 раз по сравнению с традиционными системами биологической очистки;

5. Получены математические зависимости, описывающие процессы окисления органического вещества и аммонийного азота с применением исследуемого материала. Определены кинетические параметры процесса окисления загрязнений: Утах=0,27 мг/(г*ч) и Кга=0,2 (для БПК) и Утах=2,38 мг/(г*ч) и Кт=0,68 (для аммонийного азота);

6. Получены седиментационные и гидробиологические характеристики биомассы, выводимой из системы биологической очистки при регенерации исследуемого загрузочного материала. Теоретически обоснована возможность сокращения объема вторичных отстойников;

7. Обосновано применение эжекторной системы аэрации для интенсификации аэробной стабилизации биомассы, полученной на исследуемом загрузочном материале. Подтвержден эффект дегельминтизации, а также увеличение степени распада органического вещества в 1,5 раза по сравнению с традиционными схемами аэробной стабилизации;

8. Разработаны рекомендации по внедрению технологии биологической очистки с минимизацией образования избыточного ила и осадка при реконструкции

. действующих i: строительстве новых очистных сооружений малой и средней производительности;

9. Разработанная технология применена при реконструкции действующих очистных сооружений производительностью 100 м3/сут. Результаты опытно-промышленного внедрения подтвердили данные полупроизводственных и лабораторных исследований;

10. Получен экономический эффект от внедрения разработанной технологии в размере 1051469 руб/год.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1.Смирнов Д.Г. Технология комплексной очистки сточных вод с минимизацией образования избыточного активного ила и осадка /Д.Г. Смирнов // М.: МГСУ, Вестник МГСУ. 2009, №2. С. 172-174.

2. Смирнов Д.Г. Мембранные технологии для доочистки сточных вод и их повторного использования / А.Г. Первов. Н.Б. Мотовилова, Д.Г. Смирнов // М.: ООО «Издательство ВСТ», Водоснабжение и санитарная техника. 2009. №7. С.48-52.22.

3. Смирнов Д. Г. Глубокое удаление аммонийного азота из сточных вод с иприменением плавающего загрузочного материала / H.A. Макиша, Д.Г. Смирнов // Вестник ВолгГАСУ. Сер.: Политематическая. Волгоград. 2012. С. 21-24.

4. Смирнов Д.Г. Комплексная очистка сточных вод с минимизацией образования избыточного активного ила и осадка / H.A. Макиша, Д.Г. Смирнов //М.: Вестник МГСУ. 2012. № 12. С. 192—198.

5. Смирнов Д.Г. «Анализ опыта применения очистных сооружений на основе башенных аэротенков для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод». / Д.Г. Смирнов, Г.Н., Жмаков. // Сборник докладов научно-технической конференции по итогам НИРС за 2004-2005 год.(22.03.2004). М.: МГСУ, 2005 - С.15-16

6. Смирнов Д.Г. Анализ работы очистных сооружений башенного типа для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод / Г.Н. Жмаков, Д.Г. Смирнов, Г.Н. Кудряшова. // Материалы конференции. Посвященной памяти академика C.B. Яковлева. (15.03.2006). Сборник тезисов. М.: МГСУ, 2006. -С.26-27.

7. Смирнов Д.Г. Опыт применения струйных систем аэрации на сооружениях биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод /Т.Н. Жмаков, Д.Г. Смирнов. // Сборник докладов научно-технической конференции по итогам НИРС за 2006-2007 год; (25.03.2006). М.: МГСУ, 2006. С.51-53.

8. Смирнов Д.Г. Применение эжекторной системы аэрации при аэробной стабилизации избыточного активного ила / Г.Н. Жмаков, Д.Г. Смирнов // Сборник научных трудов Юбилейной десятой международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство-формирование среды жизнедеятельности» (25-26.04.2007) М., 2007. С.222-224.

9. Смирнов Д.Г. Реконструкция очистных сооружений Орешкинского КНСМ, построенных по типовому проекту ЦНИИЭП инженерного оборудования / Д.Г. Смирнов // М.: МГСУ, Сборник научных трудов 11-й", международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности», (15-22.04.2008)2008. С.191-193.

10. Смирнов Д.Г. Технология комплексной очистки сточных вод с минимизацией образования избыточного ила и осадка /Д.Г. Смирнов. М.: МГСУ, Сборник научных трудов 12-й международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» (15-22.04.2009). С.200-202.

11. Смирнов Д.Г. Технология комплексной очистки сточных вод с минимизацией образования избыточного активного ила и осадка / Д.Г. Смирнов //Сборник материалов «1-й восточноевропейской конференции молодых ученых и специалистов водного сектора» IWA, Минск, (21-22.05.2009)2009. -С. 64-66.

12. Смирнов Д.Г. Исследование работы двухступенчатой схемы глубокой биологической очистки сточных вод с применением плавающего загрузочного материала / H.A. Макиша, Д.Г. Смирнов // Сборник научных трудов МВКНИИ ПРОЕКТ. Проект развития инфраструктуры города, М. 2012. -С.210-221.

Подписано в печать: 16.04.2013 Тираж: 100 экз. Заказ №987 Отпечатано в типографии «Реглет» г. Москва, Ленинградский проспект д.74 (495)790-47-77 www.reglet.iu