автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Технология глубокой очистки биологически очищенных сточных вод на зернистых фильтрах

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Литературный обзор: ДООЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД

ФИЛЬТРОВАНИЕМ.

1.1. Зарубежный опыт применения метода фильтрования для доочистки сточных вод.

1.2. Отечественные исследования в области доочистки сточных вод и их практическое использование.

1.3. Особенности эксплуатации фильтровальных сооружений при доочистке сточных вод.

1.4. Актуальные вопросы доочистки сточных вод и задачи исследований.

1.5. Выводы.

Глава 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

2.1. Оборудование и приборы, используемые при проведении экспериментов.

2.2. Методика проведения исследований и анализ качества воды.

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЯ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ

3.1. Исследование параметров работы фильтровальных сооружений с различными зернистыми материалами.

3.1.1. Теоретические предпосылки повышения эффективности работы фильтровальных сооружений за счет применения новых фильтрующих материалов.

3.1.2. Сравнительные исследования параметров работы фильтровальных сооружений при использовании кварцевой и базальтовой загрузки.

3.2. Определение параметров промывки фильтров с базальтовой загрузкой.

3.3. Исследование возможности интенсификации процессов биологической очистки на фильтровальных сооружениях с восходящим потоком воды при использовании базальтовой загрузки.

3.4. Выводы.

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЯ НА КРУПНОМАСШТАБНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ФИЛЬТРОВАЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЯХ.

4.1. Исследование эффективности доочистки сточных вод на производственных фильтрах с песчаной и базальтовой загрузкой.

4.2. Оценка влияния предварительного хлорирования на эффективность доочистки сточных вод.

4.3. Интенсификация биологической доочистки сточных вод.

4.4. Эффективность работы фильтров-биореакторов при регенерации с использованием "самопромывки".

4.5. Выводы.

Глава 5. РЕКОМЕНДАЦИИ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ И

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ '

ПРИМЕНЕНИЯ ФИЛЬТРОВ-БИОРЕАКТОРОВ

НА СТАНЦИЯХ ДООЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД.

5.1. Рекомендации на проектирование станций доочистки сточных вод с использованием фильтров-биореакторов.

5.2. Практическая реализация выполненных исследований.

5.3. Снижение затрат при использовании фильтров-биореакторов для доочистки сточных вод.

В связи с ухудшением экологической ситуации и необходимостью рационального использования воды все актуальнее становится проблема совершенствования очистки сточных вод. В последние годы получает значительное развитие так называемая до-очистка сточных вод, представляющая комплекс сооружений, дополняющих сложившуюся технологию очистки (обычно, биологическую очистку) сточных вод и обеспечивающих повышение эффективности их очистки.

Известен ряд методов доочистки: фильтрование, флотация, сорбция, окисление, использование биологических прудов и др. Благодаря эффективности очистки воды и универсальности метода при изъятии разнообразных по составу загрязнений, наибольшее распространение получает метод фильтрования [13,24,32,41,59].

Поиск конструкций фильтровальных сооружений, видов используемых фильтрующих материалов и схем всего комплекса сооружений определяется особенностями взвеси сточных вод. Чаще всего доочистке подвергаются сточные вод, прошедшие биологическую очистку. В этом случае на фильтровальные сооружения поступают достаточно мелкие (незадержанные во вторичных отстойниках) частицы активного ила, обычно, в количестве 15-20мг/л. Однако, возможно периодическое, вследствие плохой работы вторичных отстойников, поступление сточных вод с содержанием взвешенных веществ до 100 и более мг/л.

Частицы активного ила хорошо прилипают к поверхности зерен фильтрующей загрузки и задерживаются преимущественно в первых ее слоях, что приводит к повышенному темпу прироста потери напора в загрузке. Этим обстоятельством определяется одно из основных требований к фильтровальным сооружениям до-очистки сточных вод - необходимость применения достаточно крупнозернистых фильтров, либо фильтровальных сооружений, в которых используется принцип фильтрования в направлении убывающей крупности зерен фильтрующей среды [25].

Вторым важнейшим требованием к фильтровальным сооружениям доочистки является необходимость применения в них интенсифицированных методов промывки, поскольку частицы активного ила образуют в толще загрузки прочные, трудноотмываемые одной водой загрязнения. Поэтому в фильтровальных сооружениях, используемых для доочистки сточных вод, часто применяется водо-воздушная промывка, а в некоторых случаях дополнительная поверхностная промывка фильтрующей среды [11,12,48].

Одними из наиболее перспективных для доочистки сточных вод являются разработанные в НИИ КВОВ, фильтры с восходящим потоком и водовоздушной промывкой. В фильтрах этого типа простейшим образом и наиболее полно реализуется принцип фильтрования в направлении убывающей крупности зерен загрузки, а применение водовоздушной промывки позволяет достигать хороший эффект отмывки загрузки при сравнительно небольших расходах воды [23,27,47].

Однако, опыт эксплуатации первого крупномасштабного цеха доочистки сточных вод на станции аэрации г.Воскресенска (Московская обл.) показал [25], что возможности повышения эффективности работы таких фильтровальных сооружений далеко не исчерпаны и имеется целый ряд технических приемов их совершенствования, к числу которых относится использование тяжелых фильтрующих материалов, совершенствование режимов водовоздуш-ной промывки, улучшение биологических процессов в толще фильтрующей загрузки, а также реагентная обработка воды перед ее фильтрованием.

Целью диссертации является интенсификация и совершенствование процесса доочистки биологически очищенных сточных вод на фильтровальных сооружениях с восходящим потоком очищаемой воды.

Задачи работы:

- теоретическая и экспериментальная оценка эффективности использования тяжелых фильтрующих материалов для повышения допустимой скорости фильтрации и увеличения продолжительности фильтроцикла;

- совершенствование режима и упрощение водовоздушной промывки загрузки фильтровальных сооружений;

- разработка на базе исследуемых сооружений фильтров-биореакторов, позволяющих повысить эффективность доочистки биологически очищенных сточных вод от растворенных загрязнений.

Научная новизна:

- впервые теоретически обоснована и экспериментально изучена интенсификация процесса доочистки сточных вод на фильтрах с восходящим потоком за счет использования тяжелых зернистых фильтрующих материалов;

- впервые показана технологическая и технико-экономическая эффективность использования в условиях доочистки сточных вод промывки фильтров путем добавления воздуха к потоку очищаемой воды;

- оценена роль биологических процессов в эффективности доочистки сточных вод, разработана и испытана конструкция фильтра-биореактора;

- получено свидетельство Роспатента на изобретение (полезная модель) N 2580 "Фильтр".

Практическая значимость:

- определены и экспериментально проверены расчетно-кон-структивные параметры для проектирования фильтровальных сооружений доочистки сточных вод;

- подготовлены рекомендации для ЦНИИЭП инженерного оборудования городов на проектирование сооружений доочистки сточных вод ряда объектов.

Внедрение результатов работы:

- результаты исследований реализованы на Межрайонных очистных сооружениях г. Воскресенска, имеющих производительность 100 тыс.м3/сут и ряде объектов малой производительности.

Диссертационная работа выполнена на ОАО "Минудобрения", (г.Воскресенск, Московская обл.) при методическом руководстве специалистов НИИ КВОВ.

6. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Выполнен аналитический обзор фильтрационных методов доочистки биологически очищенных сточных вод, показавший, что исходя из фильтрационных свойств частиц активного ила и образуемого в толще загрузки осадка для этой цели необходимо применять грязеемкие устройства с интенсифицированной промывкой. В наибольшей степени этой цели соответствуют разработанные в НИИ КВОВ фильтровальные сооружения с восходящим потоком очищаемой воды и водовоздушной промывкой.

2. Показано, что увеличение продолжительности работы до достижения предельной потери напора и производительности фильтровальных сооружений с восходящим потоком воды может быть достигнуто за счет выполнения фильтрующего слоя из тяжелых зернистых материалов с плотностью большей, чем у кварцевого песка, например, выполненной из дробленого базальта.

3. Исследования, проведенные в лабораторных условиях и на крупномасштабных производственных фильтрах показали, что при использовании базальтовой загрузки на фильтровальных сооружениях с восходящим потоком при традиционной скорости фильтрования 12-15 м/ч может быть достигнута продолжительность фильтроцикла не менее 4-5 суток, а при повышенной скорости до 20-22 м/ч - более 2 суток.

4. Показано, что увеличение продолжительности фильтроцикла более 3 суток позволяет повысить эффективность доочистки биологически очищенных сточных вод за счет развития биологических процессов в толще фильтрующей среды. Данные гидробиологического анализа пленки с поверхности зерен фильтрующей загрузки показали наличие микроорганизмов, характерных для развитого процесса нитрификации-денитрификации.

5. Экспериментально показано, что работа фильтровальных сооружений в режиме "фильтр-биореактор" позволяет повысить эффективность фильтрационной доочистки сточных вод: БПК на 70-75%, азота аммонийного на 70-78%, нефтепродуктов на 78-82%, нитритов и ХПК на 50-65%, тяжелых металлов 71-82%, фенолов, фосфатов и фторидов до 30%, а также по взвешенным веществам на 15-20%.

6. Возможность эффективной эксплуатации фильтровальных сооружений с восходящим потоком воды со скоростью до 20 -22м/ч, позволило реализовать на практике принцип "самопромывки", при котором процесс промывки фильтрующего слоя производится потоком очищаемой воды, к которому по окончании филь-троцикла добавляется необходимое количество воздуха. На данную конструкцию фильтра с водовоздушной промывкой получен Патент РФ.

7. Технико-экономическая оценка показала, что для станций производительностью 100 000 мЗ/сут годовая экономия (в сентябрь 1999г.) составляет по капитальным затратам 354200 руб, а по эксплуатационным 41050 руб. Выполнен расчет снижения затрат за счет снижения нормативной платы за превышение ПДС в пределах ВВС, который показал, что для Межрайонных очистных сооружений г.Воскресенска годовое снижение затрат по этому показателю составляет 850020 руб.

1. Аюкаев Р.И., Мельцер В.З. Производство и применение фильтрующих материалов для очистки воды. Справочное пособие. Л.Стройиздат, 1985.

2. Брынько Ю.В. Применение песчаных фильтров для доочистки сточных вод. "Бюллетень по водному хозяйству", 1(6). М. Изд-во СЭВ, 1970.

3. Гецина Г.И., Мельцер В.З. Доочистка городских сточных вод от взвешенных и органических веществ. Тезисы 7-го Всесоюзного симпозиума по современным проблемам прогнозирования, контроля качества воды водоемов и озонирования. Таллин,1985.

4. Гецина Г.И., Смирнов В.Б. Глубокая очистка сточных вод на фильтрах-биореакторах. "Водоснабжение и санитарная техника", 1992, N 3.

5. Гецина Г.И., Смирнов В.Б. Глубокая очистка сточных вод на фильтрах-биореакторах. Материалы всесоюзной научно-технической конференции КХ и БО. М. 19-21 ноября 1991.

6. Гюнтер Г.И., Беляева М.А. К характеристике биозено-зовактивного ила в высоконагружаемых аэротенках и аэротенках с длительным периодом аэрации. Научные доклады Высшей школы. Биологические науки, 1969г. N7.

7. Гироль Н., Журба М., Семчук Г., Якимчук Б. Доочистка сточных вод на зернистых фильтрах, г.Ровно 1998г.

8. Журба М.Г., Гироль H.H. Доочистка сточных вод. Мол-дагроинформреклама. Кишинев, 1990.

9. Запорников В.П., Чуфистова 0.С., Буйнов Б.Я. Сооружения для доочистки сточных вод после биологической очистки. "Водоснабжение и санитарная техника", 1970, N 6.

10. Иванюшин Г.И. Применение песчаных фильтров на станциях аэрации. "Водоснабжение и санитарная техника", 1966, N6.

11. Калп Р. Станция восстановления сточных вод у оз. Южное Тахо. "Гражданское строительство", 1969, т.39, N 6.

12. Козлов М.Н. Третичная очистка биологически очищенных сточных вод. "Водоснабжение и санитарная техника", 1992, N 3.

13. Кравцова Н.В. Исследование процессов доочистки биохимически очищенных сточных вод промпредприятий на скорых фильтрах. Автореферат кандидатской диссертации. М. 1972.

14. Кравцова Н.В., Головенков Ю.Н., Офицерова Г.В., Цой З.К. Доочистка сточных вод на каркасно-засыпных фильтрах Са-ларской станции аэрации г.Ташкента. Реф. инф. ЦИНИС. М. Госстрой СССР, 1976, N 12.

15. Криштул В.П., Мельцер В.З., Митин Б.А. Фильтр для очистки воды. Авторское свидетельство N 829136 от 31.08.79г.

16. Липман Б.Л., Залетова H.A., Мельцер В,3. Применение физико-химического метода очистки городских сточных вод в сочетании с биологическим для удаления соединений фосфора. Материалы семинара "Физико-химические методы очистки сточных вод". МДНТП, М, 1975г.

17. Липман Б.Л., Гецина Г.И., Мельцер В.З. Пенная флотация для доочистки биологически очищенных сточных вод, содержащих поверхностно-активные вещества. Материалы семинара "Физико-химические методы очистки сточных вод". МДНТП, М, 1975г.

18. Липман Б.Л., Мельцер В.З., Гецина Г.И. К вопросу обработки промывных вод фильтровальных сооружений доочистки. Научные труды АКХ. Вып.164 "Современные методы и сооруженияпо очистке городских сточных вод" М. 1979.

19. Лукиных H.A., Липман Б. Л., Криштул В. П. Доочистка сточных вод. М. Стройиздат, 1974г.

20. Лукиных H.A., Липман Б.Л., Криштул В.П. Доочистка сточных вод. Издание второе. М. Стройиздат, 1978г.

21. Лукиных H.A., Мельцер В.З. Применение фильтров с восходящим потоком воды для доочистки городских сточных вод. Материалы советско-финского симпозиума: "Актуальные вопросы теории и практики очистки питьевой и сточных вод". Хельсинки, 1975г.

22. Лукиных H.A., Липман Б.Л., Мельцер В.З.,Гецина Г.И. Доочистка городских сточных вод на фильтрах с восходящим потоком. Научные труды АКХ, Вып. 105."Очистка сточных вод" , ОНТИ АКХ, М, 1976г.

23. Луценко Г.Н., Цветкова А.И., Свердлов И.Ш. Физико-химическая очистка сточных вод. М. Стройиздат.1984.

24. Мельцер В.З. Липман Б.Л., Гецина Г.И. Реагентное фильтрование-метод глубокой доочистки сточных вод. ЦИНИС Госстроя СССР, N 5, 1976г.

25. Мельцер В.З., Гецина Г.И., Смирнов В.Б. Доочистка биологически очищенных сточных вод на фильтрах с восходящим потоком в г.Воскресенске. "Строительство и архитектура". Серия 9. 1985.

26. МельцерВ.З., Альтовский Г.С., ГецинаГ.И. Доочистка городских сточных вод. ЦП НТО КХиБО. М. 1985.

27. Мельцер В.З., Гецина Г.И., Смирнов В.Б. Зернистые фильтры для доочистки сточных вод. Материалы семинара МДНТП "Очистка сточных вод при сбросе в водоемы и повторном использовании" М. 1988.

28. Мельцер В.З. Фильтровальные сооружения в коммунальном водоснабжении. М. Стройиздат, 1995г.

29. Мельцер В.З., Смирнов В.Б. Доочистка сточных вод на фильтрах-биореакторах с восходящим потоком. Известия жилищно-коммунальной академии. "Городское хозяйство и экология. Водоснабжение и канализация". N 3, 1998.

30. Минц Д.М. Теоретические основы технологии очистки воды. М. Стройиздат. 1964.

31. Митин Б.А. Исследование насыщения порового пространства и изменения потерь напора при фильтровании. Сборник "Процессы фильтрования при очистке природных и сточных вод". Южно-уральское изд-во, 1965.

32. Методические указания к гигиенической оценке использования городских сточных вод в промышленном водоснабжении. Минздрав СССР, М.1985.

33. Предварительные рекомендации по основным методам доочистки городских сточных вод при их повторном использовании в техническом водоснабжении. ОНТИ АКХ, М. 1971.

34. Рекомендации на проектирование и эксплуатацию станций аэрации в комплексе с фильтровальными сооружениями. 2-ое издание. ОНТИ АКХ, М. 1985.

35. Родзиллер И.Д. Доочистка от нефти сточных вод нефтеперерабатывающих заводов фильтрацией через песчаные фильтры. Канд. диссертация. М. 1954.

36. Рудзский Г.Г., Ким А.Н., Гусаковский В.Б. Доочистка городских сточных вод на сверхскоростных фильтрах. "Водоснабжение и санитарная техника", N 7, 1984.

37. Свидетельство N 2580 на полезную модель: "Фильтр" от 25.05.95г. (Гецина Г.И., МельцерВ.З., Смирнов В.Б.).

38. Смирнов В.Б., Гецина Г.И. Интенсификация работы аэ-ротенков на станции биологической очистки сточных вод. "Водоснабжение и санитарная техника", 1995, N 12.

39. Смирнов В.Б. Интенсификация работы станций биологической очистки. Материалы научно-технической конференции. г.Москва, 1995.

40. Сосеутц Б., Бекон В. Третичная очистка сточных вод. "Гражданское строительство", 1969, 39, N 11.

41. Технические указания на проектирование строительство и эксплуатацию контактных осветлителей для очистки питьевой воды. ОНТИ АКХ, 1972.

42. Технические указания на проектирование и эксплуатацию станций аэрации в комплексе с фильтровальными сооружениями. ОНТИ АКХ. М. 1977.

43. Технические указания на применение модернизированных сетчатых барабанных фильтров в технологии очистки вод поверхностных водоисточников и городских сточных вод. М. 1980.

44. Трескунов В.М. Система низкого отвода воды и метод ее расчета. Научн.тр. АКХ, вып.76. ОНТИ АКХ, 1970.

45. Трескунов В.М,, Мельцер В.З. Система водовоздушной промывки фильтровальных сооружений с низким отводом промывнойводы. Сборн."Повышение качества питьевой воды. МДНТП. М,1977.

46. Филиппов В.И., Сумароков М.В., Налецкая Т.Н., Мокры-шев С.Н. "Испытание аппаратов для очистки сточных вод от нефтепродуктов" Конференция "Технология очистки природных и сточных вод" М. Стройиздат, 1975.

47. Фоминых A.M., Войтов Е.Л. Доочистка биологически очищенных сточных вод на радиальных фильтрах. "Известия ВУЗов", раздел "Строительство и архитектура". Новосибирск, 1974, N 9.

48. Хабиров P.C. Доочистка биологически очищенных сточных вод на каркасно-засыпных фильтрах. Автореферат кандидатской диссертации. М., 1981.

49. Шабратько В.К. Исследование механической очистки и доочистки городских сточных вод на фильтрах с плавающей пено-полистирольной загрузкой. Кандидатская диссертация. Одесса, 1973.

50. Яковлев C.B., Воронов Ю.В. Биологические фильтры. М. Стройиздат, 1982.

51. Курс общей геологии. Ленинград, "Недра", 1976.

52. Brooks R.W., Mim A.M. Some Aspects of Sewage Treatment at Coventry."Water Pollution Control". 1969. vol.68. N2.

53. Culp R., Culp G. Advanced Wastewater Treatment. Van Nostrand Reinhold Enviromental Engineerian Series, 1971.

54. Dieper E.W.J. Tertiary Treatment by Microstraining-case histories. Water and Sewage Works. August. 1973.

55. Mayer V. Adwentung von Aktivkonlepulver in zweischichtigen Schnellscnidfilter zur weitergehenden Abwasserreinigung. GWF Wasser/Abwasser, 1984, 125, H.8, S 373-380.

56. Naylor A.E., Evans S.C., Dunscombe K.M. Recent Development on Rapid Sand Filters at Luton."Water Pollution Control". 1967. vol.66. N 4.

57. Peter C.G., Isaac R.1. The use of Microstrainers and sand Filters for Tertiary Treatment. Water Research, v.6, 1972.

58. Wood R. , Smith W., Murray I. An investigation into upward flow Filtration. "Water Pollution Control". 1969. vol.68. N2.-ОО