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

и

од

На правах рукописи

СМИРНОВ Всеволод Борисович

ТЕХНОЛОГИЯ ГЛУБОКОЙ ОЧИСТКИ БИОЛОГИЧЕСКИ ОЧИЩЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД НА ЗЕРНИСТЫХ ФИЛЬТРАХ.

Специальность: 05.23.04 - водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1999 г.

<

!

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте коммунального водоснабжения и очистки воды.

Научный руководитель: кандидат технических наук,

член-корреспондент ЖКА Мельцер В. 3.

Официальные оппоненты: профессор, доктор технических наук,

академик ЖКА Гюнтер Л. И.

Ведущая организация: ЦНИИЭП инженерного оборудования

Защита состоится " 25 " января 2000 г. в 10 час на заседании диссертационного совета К.091.01. 01 в Академии коммунального хозяйства по адресу: 123371, Москва, Волоколамское шоссе, 87.

С диссертацией можно ознакоиться в библиотеке Академии коммунального хозяйства.

кандидат технических наук Митин Б. А.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

А.Н.Прохоров

Н т .204 .1-5 , о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

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.

Благодаря эффективности очистки воды и универсальности метода при изъятии разнообразных по составу загрязнений, наибольшее распространение получает метод фильтрования, особенно, на высокогрязеенких фильтровальных сооружениях с восходящим потоком очищаемой воды, в которых наиболее полно реализуется принцип фильтрования в направлении убывающей крупности зерен загрузки.

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 загрязне-•ний.

Научная новизна:

- впервые теоретически обоснована и экспериментально изучена интенсификация процесса доочистки сточных вол ■ 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 параметры для' проектирования фильтровальных сооружений для доочистки сточных вод;

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

Внедрение результатов работы:

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

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации доложены на 3 семинарах в г.Москве, представлялись на международных выставках "Экология Подмосковья" в 1998 и 1999 г. г., отражены в 7 публикациях и в одном патенте.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной отечественной и зарубежной литературы (7 наименований) и 3 приложений общим объемом 137 страниц машинописного текста, в т.ч. 35 рисунков и 9 таблиц.

На защиту выносятся:

- аналитический обзор фильтрационных методов доочистки биологически-очищенных сточных вод;

- теоретическое обоснование интенсификации работы фильтровальных сооружений с восходящим потоком очищаемой воды за счет использования тяжелых зернистых фильтрующиъх материалов с плотностью большей, чем у кварцевого песка;

- лабораторные и производственные испытания по оценке технологических параметров процесса и эффективности доочистки сточных вод на фильтровальных сооружениях с базальтовой загрузкой;

- определение режимов двухэтапной водовоздушной промывки фильтрующей загрузки и разработка конструкции "самопромывающегося" фильтра, промывка которого производится потоком очищаемой воды с добавлением воздуха в период промывки;

- оценка роли биологических процессов в эффективности фильтрационной доочистки сточных вод и создание условий для их максимальной реализации в фильтрах-биореакторах;

- технико-экономическая оценка интенсифицированного процесса доочистки сточных вод на фильтровальных сооружениях с восходящим потоком очищаемой воды.

- рекомендации на проектирование сооружений доочистки сточных вод фильтрованием.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, показано, что наиболее эффективным и универсальным методом доочистки сточных вод от разнообразных загрязнений является метод фильтрования, определены цели и задачи исследований по его совершенствованию. Приведены основные положения работы, отмечена ее научная новизна.

В первой главе приводится литературный обзор фильтрационных методов доочистки биологически-очищенных сточных вод и их конструктивных решений как в нашей стране, так и зарубе-жом. Показано, что первоначально для доочистки биологически-очщенных сточных вод использовались скорые фильтры с мелкозернистой загрузкой, традиционно применявшиеся в технологии

подготовки воды для хозяйственно-питьевых целей.

В дальнейшем выбор рациональных конструкций фильтровальных сооружений, видов используемых фильтрующих материалов и схем всего комплекса сооружений стали определять исходя из особенностей 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 определяется одно из основных требований к фильтровальным сооружениям доочистки сточных вод - необходимость применения для увеличения грязеемкости крупнозернистых фильтров, либо фильтровальных сооружений, в которых используется принцип фильтрования в направлении убывающей крупности зерен фильтрующей среды.

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.

В результате литературного обзора показано, что одними из наиболее перспективных для доочистки сточных вод являются разработанные в НИИ КВОВ, фильтры с восходящим потоком и во-довоздушной промывкой. В фильтрах этого типа простейшим образом и наиболее полно реализуется принцип фильтрования в направлении убывающей крупности зерен загрузки, а применение во-довоздушной промывки позволяет достигать хороший эффект отмывки загрузки при сравнительно небольших расходах воды.

В первой главе также изложены характерные особенности

эксплуатации фильтровальных сооружений при доочистке сточных вод и сформулированы актуальные задачи исследований по их совершенствованию.

Во второй главе изложены методические вопросы проведения исследований по оценке эффективности предлагаемых способов совершенствования доочистки сточных вод на фильтровальных сооружениях с восходящим потоком воды. Исследования проводились ■как на экспериментальном многоколонковом стенде, так и на модернизированных крупномасштабных производственных фильтрах площадью 40 мг. При проведении экспериментов оценивалась эффективность очистки по взвешенным веществам, ХПК, биозагрязнениям ( оцениваемым величиной БПК ), а также по специфическим микроэлементам сточных вод. Осуществлялась также оценка технологических параметров процесса фильтрации: скорость фильтрации, темп прироста потери напора, продолжительность фильтроцикла и пр.

В лабораторных исследованиях оценивалась возможность увеличения скорости фильтрования (или продолжительности фильтроцикла) за счет использования в качестве фильтрующего слоя тяжелых зернистых материалов. На крупномасштабных фильтрах проводились эксперименты, которые трудно реализовать на лабораторных моделях: определение эффективности биологической очистки, а также упрощенный режим водовоздушной промывки.

Третья глава посвящена лабораторным исследованиям технологии фильтрационной доочистки сточных вод.

В соответствии с известными теоретическими положениями интенсификация работы фильтровальных сооружений может быть достигнута за счет совершенствования зернистого фильтрующего слоя. Для этой цели используются материалы с высокой межзерновой пористостью и развитой поверхностью зерен. Однако, подобные зернистые материалы обычно имеют плотность меньшую плотности кварцевого песка. Преимущества легких высокопористых материалов не могут быть в полной мере реализованы в фильтровальных сооружениях с восходящим потоком воды, так как их малая плотность сказывается на величине предельно-допустимой потери напора в фильтрующей загрузке, которая определяет-

ся весом загрузки в воде и рассчитывается по формуле:

Р - Рв

h=----------( 1-й >1 , .< 1 )

где: р, рв - плотность зерен загрузки и воды;

ш - пористость фильтрующего слоя; 1 - высота фильтрующего слоя.

Значения пористости фильтрующей загрузки изменяются для различных материалов в достаточно ограниченных пределах (0,40.65 ) поэтому величина допустимой потери напора, в основном, зависит от плотности материала, составляющего фильтрующую среду. В таблице 1. представлены значения плотности и пористости, а также вычисленные значения предельно допустимой потери напора при высоте загрузки 2,Ом, рекомендуемой для такого типа фильтровальных сооружений при использовании некоторых видов зернистых фильтрующих материалов.

Таблица 1.

Вид материала р, г/см3 ш Н, м

Дробленый керамзит 1.4 0,65 0,52

Горелые породы 2,4 0,45 1,26

Кварцевый песок 2,65 0,41 1,95

Дробленый базальт 2,82 0,45 2,0.2

Гранулированные шлаки 3,2 0,48 2,26

Магнетит дробленый 5,0 0,44 3,89

Приведенные данные показывают, что для достижения по возможности большей величины предельно-допустимой потери напора целесообразно применять тяжелые загрузки. Использование в фильтровальных сооружениях с восходящим потоком загрузок с большой плотностью позволяет за счет большей величины ripe-

дельной потери напора повысить допустимую скорость фильтрации при одновременном увеличении задерживающей способности фильтрующего слоя, вследствие его большей пористости.

На рис.1, представлены сравнительные теоретические графики фронта продвижения отложений и темпа прироста потери напора в фильтрующих средах из кварцевого песка и более тяжелого зернистого материала с развитой поверхностью зерен, демонстрирующие возможность увеличения времени защитного действия и времени достижения предельной потери напора при использовании зернистого фильтрующего материала, имеющего большую плотность и повышенную пористость фильтрующего слоя.

Одним из наиболее доступных тяжелых зернистых материалов в настоящее время является базальт, поэтому для оценки эффективности использования тяжелой загрузки в условиях доочистки сточных вод были проведены предварительные сравнительные ис-ледования фильтрующих загрузок из дробленого базальта и тра-диционно-применяемого кварцевого песка.

Были проведены экспериментальные определения значений плотности и пористости зернистых загрузок, которыми загружались модели фильтров, выполненных в виде фильтровальных колонок.

Средняя плотность использованной в опытах базальтовой загрузки составила 2,9 т/мЗ, а кварцевой загрузки - 2,5 т/мЗ.

Межзерновая пористость, в основном определяет фильтрационные показатели фильтрующего слоя. Она определяется как отношение свободного для движения воды объема пор к объему фильтрующего слоя.

Средняя пористость базальтовой загрузки составила О,46; а кварцевой загрузки 0,41.

Подставляя полученные значения параметров фильтрующего слоя для сравниваемых загрузок в формулу для определения предельных потерь напора (1) при толщине фильтрующего слоя 250 см, имеем:

Нпр 6аз = (1-0,46) (2,9-1)250 = -262см,

Нпр.пес = (1-0,41)(2,5-1)250 = 221см.

Сравнительные графики изменения концентрации взвеси в фильтрате и прироста потери напора в фильтрующих средах из кварцевого песка и базальта.

Рис.1.

С

песка ц базальта

Время защитного действия, час

(;Пр песка базальта

Время достижения предельной потери напора, час -

1 - кварцевый песок; 2 - дробленый базальт. ;

Величина Нпр, как и грязеемкость загрузки определяет продолжительность работы фильтров. Учитывая это, скорость фильтрации в фильтровальных колонках с базальтовой загрузкой может быть принята большей по сравнению с кварцевым песком. При этом за счет большей величины Нпр и одновременна меньшего темпа прироста потери напора (вследствие большего значения величины межзерновой пористости) будет обеспечена и повышенная продолжительность фильтроцикла.

Как показывают проведенные технологические расчеты при использовании базальтовой загрузки по сравнению с кварцевым песком большая предельно-допустимая потеря напора на базальтовой загрузке и одновременно большая грязеемкость загрузки позволяют повысить скорость фильтрования. Это позволяет увеличить производительность фильтров, повысить продолжительность фильтроцикла и снизить объем промывной воды.

Однако сточные воды представляют собой сложные системы, фильтровальные свойства которых с большой степенью надежности не могут быть определены чисто математически. В связи с этим эксперимент является единственным средством получения надежных данных.

На двух экспериментальных колонках (Рис.2.) с загрузкой из кварца и базальта крупностью гранул 5-8мм проводилась оценка возможности увеличения скорости фильтрации через слой загрузки. В первой колонке с загрузкой из кварцевого песка сточная вода, прошедшая биологическую очистку, фильтровалась со скоростью 13м/ч ( как рекомендуется доочищать сточную воду на фильтрах с восходящим потоком при использовании кварцевого песка ). а на второй колонке с загрузкой из базальта со скоростью 20м/ч. Отбор проб осуществлялся через примерно равные промежутки времени (6-8 час).Полученные результаты приведены в таблице 2.

Качество очищенной фильтрованной воды после обеих колонок было примерно одинаковым: при содержании взвешенных веществ в исходной воде 15-17 мг/л в фильтрате их содержание не превышало 2 мг/л, а БПК5 при содержании в очищаемой воде 10-15 мг/л снижалось до 4-7 мг/л. При этом продолжительность фильтроцикла в обоих случаях превышала 24 ч. Полученные результаты позволили сделать вывод о том, что использование ба-

НА РиЛЬТРОВА Н'/Е-и ГТРОЛ!ЫВХУ

Рис.2. Схема экспериментального стенда.

Таблица 2.

N Вид v, Ц. Взвеш. в-ства, БПК5, мг/л

фильтр, м/ч ч мг/л

исх. фильтрат исх. фильтрат

1 песок 13,0 28 И. .3 1. 1 10. ,5 4. .0

13. ,5 1. 2 12. 0 4. .0

17. .0 1. 5 14. 0" 5. .5

базальт 13,0 50 16, ,8 2. 0 12. 0 5. .5

15. .0 2. 0 11. 0 6. 0

14. .9 1. 5 11. 5 6. ,0

2 песок 13,8 25 13. .5 2. 0 12. 5 6. 0

12. 5 1. 6 13. 0 7. 0

16. 2 1. 0 14. 0 7. 5

базальт 14,0 48 16.4 1. 0 15. 0 8. 5

18. . 1 0. 8 14. 5 5. 5

12. 7 0. 7 14. 5 4. 0

3 песок 13,0 27 15. 5 2. 1 И. 0 5. 0

16. 5 2. 0 12. 0 5. 0

16. 0 2. 0 14. 5 5. 2

базальт 18,0 35 14. 0 2. 8 16. 4 7. 3

19. 6 3. 2 16. 0 7. 1

15. 8 4. 1 21. 5 4. 3

12. 4 3. 8 18. 7 4. 8

4 песок 14,0 24 12. 5 0. 8 16. 5 5. 1

И. 6 3. 6 12. 8 8. 7

18. 1 1. 0 10.2 6. 1

13. 0 1. 3 19. 4 9. 1

базальт 22,0 36 14. 7 1. 2 21. 3 6. 0

И. 0 1. 8 22. 1 6. 5

12. 9 1. 5 19. 3 7. 6

13. 5 2. 6 20. 0 6. 6

зальтовой загрузки в фильтровальных сооружениях с восходящим потоком очищаемой воды дает возможность достигать не худшую, чем при использовании кварцевой загрузки эффективность очистки при повышенной скорости'фильтрования.

Как видно из полученных данных (рис.1), при одинаковой скорости фильтрации использование базальтовой загрузки при восходящем фильтровании позволяет почти в два раза увеличить продолжительность фильтроцикла, определяемую временем достижения предельной потери напора в фильтрующем слое высотой 2, 5м.

Поскольку в обоих вариантах концентрация загрязнений в очищаемой сточной воде была одинаковой, был сделан вывод о возможности существенной интенсификации процесса фильтрационной доочистки сточных вод за счет фильтрования через базальтовую загрузку по любому из двух основных показателей, имеющих значение для эксплуатации фильтров: скорости фильтрования и продолжительности филыроцикла.

В процессе проведения лабораторных опытов за счет использования стеклянных фильтровальных колонок проводилось также визуальное наблюдение за продвижением фронта загрязнений в загрузке фильтра и за плотностью образующихся конгломератов осадка в межпоровом пространстве базальтовой загрузки, что оказалось возможным без проведения микроскопических исследований, благодаря большой крупности поровых каналов между зерен базальтовой загрузки. Визуальные наблюдения за загрузкой в стеклянных колонках паодтвердили процесс последовательного накопления загрязнений в поровом пространстве.

В процессе визуального наблюдения за продвижением фронта загрязнений в толще загрузки выяснилось, что оно, в целом, соответствует теоретическим представлениям, проходит 'равномерно и линейно определяет продолжительность защитного действия всего слоя фильтрующей загрузки.

Полученные экспериментальные данные показали, что использование крупнозернистой базальтовой загрузки в фильтровальных сооружениях с восходящим потоком воды позволяет осуществлять процесс фильтрационной доочистки сточных вод 1 со скоростью 20-25м/ч при приемлимой продолжительности фильтро-цикла. При этом предельно-допустимая потеря напора в фильтру-

ющей загрузке не достигалась и продолжительность фильтроцикла определялась качеством доочищенной воды.

Выполненные лабораторные исследования позволяют сделать вывод о целесообразности проведения экспериментов по доочист-ке сточных вод фильтрованием на крупномасштабных произод-ственных фильтрах с целью оценки протекания биологических процессов на модернизированных конструкциях фильтровальных сооружений с восходящим потоком очищаемой воды в практических режимах их эксплуатации.

В процессе доочистки сточных вод фильтрованием происходит задержание частиц активного ила, выносимых из сооружений биологической очистки сточных вод. На этих частицах активного ила многие микроорганизмы находятся в угнетенном состоянии и при соответствующих условиях с использованием этих микрорганизмов может происходить дополнительная биологическая очистка сточных вод непосредственно в толще фильтрующей среды. При фильтрационной доочистке сточных вод наблюдается некоторое повышенное удаление растворенных органических загрязнений, оцениваемых по БПК и ХПК, превышающее изъятие подобных загрязнений, если их определять исходя из задержания взвешенных частиц. О протекании биологических процессов в толще фильтрующей загрузки свидетельствует также снижение концентрации растворенного кислорода при фильтрационной очистке воды.

В связи с этим представляется целесообразным создать дополнительные условия для повышения эффективности биологической очистки непосредственно в толще фильтрующей среды.

Для достижения этого необходимо:

1 - создать условия для лучшего закрепления микроорганизмов в толще загрузки;

2 - повысить концентрацию растворенного кислорода в очищаемой на фильтрах сточной воде;

3 - для увеличения возможного-времени развития микроорганизмов между промывками фильтрующей загрузки максимально увеличить продолжительность фильтроцикла.

Интенсифицированные фильтровальные сооружения с восходящим потоком воды при использовании тяжелой базальтовой загрузки дают возможность обеспечить все эти условия.

Улучшение закрепления микроорганизмов на поверхности зерен Фильтрующей среды обеспечивается за счет использования дробленых зернистых материалов, имеющих повышенную удельнук поверхность зерен фильтрующей загрузки в единице объема по сравнению с окатанными зернами речного кварцевого песка.■

Повысить концентрацию растворенного кислорода в очищаемой воде можно за счет ввода кислорода непосредственно во входную камеру перед фильтрами.

Третье условие обеспечивается повышенной грязеемкостью фильтровальных сооружений с восходящим потоком очищаемой во^ ды, поскольку при обычной скорости фильтрования (около 10 м/ч) при использовании базальта и нормальной грязевой нагрузки на них (15-20 мг/л) можно достичь продолжительность филь-троцикла до 3-х и более суток.

Опыты проводились на вышеописанных моделях фильтров со скоростью 10 м/ч, 18 м/ч и 25 м/ч, при этом повышенные значения скорости фильтрации применялись только для базальтовой загрузки.

Фильтрация проводилась до ухудшения качества очищенной воды, оцениваемого по содержанию взвешенных веществ. Продолжительность фильтроцикла для песчаной загрузки составило до двух суток, а для базальтовой загрузки более 3-4 суток.

В фильтровальных колонках, загруженных базальтом, задержанные загрязнения имели вид слизеобразной пленки, обволакивающей зерна базальта с "махровой" выпушкой в сторону межпо-ровых каналов и равномерной плотностью по длине поровых каналов.

Четвертая глава посвящена исследованиям на крупномасштабных фильтровальных сооружениях в производственных условиях. Опыты, проведенные на моделях фильтров, показали, что. загруженные тяжелым зернистым материалом фильтровальные сооружения с восходящим потоком очищаемой воды имеют большую грязеемкость и позволяют получать продолжительность фильтроцикла до 3-5 суток при скорости фильтрования 12-15м/ч. При таких параметрах процесса очистки воды фильтрованием осуществляется не только механическое выделение загрязнений из очищаемой воды, но и происходят определенные биологические про-

цессы на частицах активного ила, задержанных в процессе фильтрования. Для интенсификации биологических процессов в загрузке фильтра необходимо также дополнительное насыщение очищаемой воды кислородом воздуха.

Для реализации этих условий два производственных фильтра площадью 40м2 каждый на очистных сооружениях г. Воскресенска были загружены дробленым базальтом крупностью 3-5мм и реконструирована входная камера блока фильтров. Схема реконструкции песчаного фильтра в фильтр-биореактор представлена'на рис.3. В приемном резервуаре блока фильтров были установлены мелкопузырчатые аэраторы малого сопротивления. Нерастворившиеся в воде пузырьки воздуха выделяются в атмосферу во входной камере, что предотвращает возможность воздушного засорения фильтрующей среды.

Выполненные производственные исследования полностью подтвердили возможность увеличения продолжительности фильтро-цикла до 5 сут и интенсификации биологических процессов в то-още фильтрующей среды. О протекании биологических процессов в фильтрующей загрузке свидетельствуют также опыты с предварительным хлорированием очищаемой воды, показавшие ухудшение очистки воды по БПК5 и ХПК.

Данные гидробиологического анализа пленки, взятой на высотах 0,5; 1,2 и 1,8м (от поверхности фильтрующей базальтовой загрузки) показали наличие достаточного разнообразия микроорганизмов, существование которых возможно лишь при развитом процессе нитрификации-денитрификации. Представителями этих микроорганизмов явились различные виды коловраток, аспидиски, реснитчатые и т.п.

Содержание растворенного кислорода в фильтрате снижается на 3-5мг/л. Это также подтверждает тот факт, что толще загрузки фильтровальных сооружений идет биологический процесс нитрификации-денитрификации.

Полученные результаты эффективности доочистки сточных вод представлены в таблице 3.

В результате интенсификации биологических процессов в загрузке фильтров получено снижение концентрации органических загрязнений в очищенной воде, оцениваемых по БПКполн, до 1,5-Змг/лпри исходной концентрации - 6-10 мг/л. Снижение

Схема реконструкций песчано-гравийного Фильтра в

Рис. 3.

фильтр

-биореактор.

Удаление

нфастворившегося

1 - приемный резервуар; 2 - барабанные сетки; 3 - входная камера; 4 - фильтр-биореактор.

. 1 1 - существующие сооружения

Таблица 3.

Взв.в-ва Азот аммон. БПК5 ХПК Нефтепродукты

б _

Исх. После Исх. После Исх. После Исх. После Исх. Поело Фильтра - фильтра фильтра фильтра фильтра

' 13 1. .3 0. 4 0. 2 6. 0 0.9 34 25 0.63 0.2

8 0. .9 0. 3 0,1 5. 0 0.8 40 20 0. 55 0. 1

10 0. .8 0. 5 0. ,2 5. 2 0.8 59 24 0.73 0. 1

7 ' 0. .5 0.6 0. ,3 5. 1 0. 6 29 17 0.5 0. 1

9 0.6 0. ,9 0. .3 6. 2 0.9 34 19 0.6 0.1

24 0. 6 0. 5 0. 2 7. 8 0.8 43 19 0.65 0. 1

8 0. 3 0. 4 0. 3 6. 9 0.7 29 14 0.5 0.1

9 0. 4 0. 3 0. 1 4. 8 0.9 24 14 0.5 0. 1

21 0. 8 0. 7 0. 1 4. 0 1.0 53 22 0.6 0.1

16 0. 9 0. 6 0. 2 10. 0 1.0 48 24 0.6 0. 1

13 1. 0 0. 5 0. 2 4. 1 1.0 43 18 0.5 0. 1

14 0. 5 0. 5 0. 1 6. 0 0.8 28 14 0.4 0. 1

21 0. 9 0.7 0. 09 9. 0 0.8 38 19 0.6 ' 0. 1

И 0. 7 0. 5 0. 4 3. 0 0.7 41 18 0.5 0. 1

19 0. 9 0. 4 0. 2 7. 1 1. 1 54 22 0. 7 0.2

10 0. 7 0. 3 0. 1 7. 0 0.6 36 18 0. 5 0. 1

9 0. 5 0. 5 0. 07 7. 3 1.0 31 13 0.6 0.1

8 X. 0 0. 8 0. 2 8. 4 1.0 26 9 0.5 0.1

концентрации взвешенных веществ при данном режиме эксплуатации фильтровальных сооружений также несколько большее,- чем при работе без процесса нитрификации-денитрификации. Обеспечивается снижение концентрации азота аммонийного до О,1-0,Змг/л при исходной концентрации 0,7-1,5 мг/л, что. позволяет достичь нормы ПДС по азоту аммонийному для водоемов рыбохозяйственного назначения.

На фильтрах-биореакторах обеспечивается также снижение концентрации нефтепродуктов до 0,1мг/л при исходной концентрации 0,5-1 мг/ли снижение ХПК до 15-20мг/л, что позволяет применять фильтры-биореакторы для очистки стоков, содержащих трудноокисляемые загрязнения, характерные для Промышленных стоков. Отмечено также снижение концентрации тяжелых металлов, в частности меди в стоках после фильтров-биореакторов.

В целом достигнута эффективность снижения ВПК 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%.

Применение тяжелого фильтрующего материала - дробленого базальта позволяет осуществлять доочистку биологически очищенных сточных вод со скоростью до 20 - 22м/ч, и иметь при этом продолжительность фильтроцикла (при нормальной грязевой нагрузке по взвешенным веществам) не менее 2 суток. Такая скорость фильтрации соответствует необходимому расходу промывной воды при проведении совместной водовоздушной промывки фильтрующей загрузки (5-6л/с.м2). Это позволило реализовать на практике принцип "самопромывки", при котором процесс промывки фильтрующего слоя производится потоком очищаемой воды, к которому по окончании фильтроцикла добавляется необходимое количество воздуха. На данную конструкцию фильтра с водовоздушной промывкой получен Патент РФ. Схема фильтра представлена на рис.4.

При таком режиме процесс промывки существенно' упрощается конструкция фильтра и его эксплуатация, так как не требуется прерывать подачу исходной воды. Примерно вдвое сокращается расход промывной воды и в 1,5 раза продолжительность отключения фильтрав связи с необходимостью проведения его промывки. Эффективность отмывки фильтрующей загрузки при этом

Рис. 4. Конструкция "самопромывающегося" фильтра.

1

- подача воды на фильтрование и промывку; 2 - подача воздуха при промывке; 3 - фильтрующая загрузка; 4 - отвод фильтрата; 5 - отвод промывной воды.

не меняется по сравнению с традиционной трехэтапной водовоз-душной промывкой фильтрующей загрузки.

В пятой главе представлены данные по масштабам внедрения разработанных конструкций фильтровальных сооружений и режимов их эксплуатации, а также расчеты экономии капитальных и эксплуатационных затрат при их использовании.

В работе выполнен расчет снижения капитальных и эксплу-аптационных затрат при использовании фильтров-биореакторов по сравнению с песчаными фильтрами. Расчет показал, что капитальные затраты на 1 фильтр снижаются на 35420 руб/год. эксплуатационные затраты на 4105 руб/год. Снижение затрат на оплату за нормативный зброс загрязнений в очищенных сточных водах составляет 85002/год.

Общее снижение затрат для станции доочистки сточных вод производительностью 100000 м3/суг составляет 1245270 руб. в год.

В настоящее время на Межрайонных очистных сооружениях г. Воскресенска эксплуатируются сооружения с базальтовой фильтрующей загрузкой общей производительностью 100 тыс.м3/сут. В том числе работает 11 крупномасштабных производственных фильтров в режиме фильтр-биореактор и 11 фильтров с базальтовой загрузкой и упрощенной водовоздушной промывкой, при которой отмывка фильтрующего слоя осуществляется потоком исходной очищаемой воды.

На основе выполненных исследования подготовлены рекомендации на проектирование фильтровальных сооружений в режиме фильтр-биореактор.

ВЫВОД Ы:

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 очи-

(аемой воды и водовоздушной промывкой.

2. Показано, что увеличение продолжительности работы до юстижения предельной потери напора и производительности вдьтровальных сооружений с восходящим потоком воды может >ыть достигнуто за счет выполнения фильтрующего слоя из тяже-ых зернистых материалов с плотностью большей, чем у кварце-¡ого песка, например, выполненной из дробленого базальта.

3. Исследования, проведенные в лабораторных условиях и :а крупномасштабных производственных фильтрах показали, что ри использовании базальтовой загрузки на фильтровальных сооружениях с восходящим потоком при традиционной скорости филь-рования 12-15 м/ч может быть достигнута продолжительность шльтроцикла не менее 4-5 суток, а при повышенной скорости до :0-22 м/ч - более 2 суток.

4. Показано, что увеличение продолжительности фильтро-;икла более 3 суток позволяет повысить эффективность доочист-:й биологически очищенных сточных вод за счет развития биоло-'ических процессов в толще фильтрующей среды. Данные гидроби-логического анализа пленки с поверхности зерен фильтрующей агрузки показали наличие микроорганизмов, характерных для взвитого процесса нитрификации-денитрификации.

5. Экспериментально показано, что работа фильтровальных ооружений в режиме "фильтр-биореактор" позволяет повысить ффективность фильтрационной доочистки сточных вод: ВПК на 0-75%, азота аммонийного на 70-78%, нефтепродуктов на 8-82%, нитритов и ХПК на 50-65%, тяжелых металлов 11-82%, юнолов, фосфатов и фторидов до 30%, а также по взвешенным еществам на 15-20%.

6. Возможность эффективной эксплуатации фильтровальных ооружений с восходящим потоком воды со скоростью до 20 -2м/ч, позволило реализовать на практике принцип "самопромыв-и", при котором процесс промывки фильтрующего слоя произво-ится потоком очищаемой воды, к которому по окончании филь-роцикла добавляется необходимое количество воздуха. На дан-ую конструкцию фильтра с водовоздушной промывкой получен Па-ент РФ.

7. Технико-экономическая оценка показала, что для стан-ий производительностью 100 ООО м3/сут годовая экономия (по

ценам 1999г.) составляет по капитальным затратам 354,2 тыс.руб, а по эксплуатационным 41,05 тыс.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 850,0 тыс.руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Доочистка биологически очищенных сточных вод на фильтрах с восходящим потоком в г.Воскресенске. "Строительство и архитектура". Серия 9. 1985г. (в соавторстве).

2. Зернистые фильтры для доочисгки сточных вод. Материалы семинара МДНТП "Очистка сточных вод при сбросе в водоемы и повторном использовании" М. 1988г. (в соавторстве).

3. Глубокая очистка сточных вод на фильтрах-биореакторах. Материалы всесоюзной научно-технической конференции КХ и БО. М. 19-21 ноября 1991г. (в соавторстве).

4. Глубокая очистка сточных вод на фильтрах-биореакторах. "Водоснабжение и санитарная техника", 1992, N 3 ( в соавторстве) .

5. Интенсификация работы станций биологической очистки. Материалы научно-технической конференции. г.Москва, 1995г.

6. Патент РФ на полезную модель N 2580 "Фильтр" от 25 мая 1995г (в соавторстве).

7. Интенсификация работы аэротенков на станции биологической очистки сточных вод. "Водоснабжение и санитарная техника", 1995г, N 12 (в соавторстве).

8. Доочистка сточных вод на фильтрах-биореакторах ' с восходящим потоком. Известия Жилищно-коммунальной академии. "Городское хозяйство и экология. Водоснабжение и . канализация", N3, 1998г (в соавторстве).

9. Интенсификация работы станций биологической очистки. Материалы научно-технической конференции на выставке "Экология Подмосковья-ЭЭ".