5406

правление управляющего воздействия на процесс биологической очистки, но не определит параметра этого воздействия. Низкие седиментационные свойства анаэробного ила определяют низкую способность к разделению иловой смеси. В сочетании с малым приростом анаэробного ила это серьезный недостаток. Когда в сточной воде содержится значительное количество органических соединений и велик прирост активного ила, а относительные потери его с выносом незначительны, система существует и активно очищает сточную воду. В случае, когда в сточной воде органических соединений мало и прирост ила ниже выноса, система неспособна к эффективной очист-

, ке воды. Поэтому анаэробный способ биохимической очистки отождествляли с обработкой только концентрированных сточных вод.

Очевидно, что технология очистки слабоконцентрированных сточных вод должна иметь стадию глубокого разделения иловой смеси. Например, модификации биофильтра привели к созданию взвешенного слоя гранулированного анаэробного ила. Центрами образования гранул ила могут быть природные и искусственные частицы различных материалов - песок, активированный уголь, горная порода, стекло, пластмассы. В аппарате с таким илом можно очищать разбавленные сточные воды без опасения потерять ил. Исследование различных аппаратов очистки стоков с восходящим и нисходящим потоками позволило установить, что существенным для каждого аппарата, вне зависимости от конструкции, было время пребывания воды в аппарате. Многочисленные решения по разделению иловой смеси и возврату ила в зону реакции к настоящему времени остаются на уровне предложений.

В процессе сульфатредукции потенциально существуют упрощенные зависимости массового расхода органических соединений на единицу массы серы, в том числе и в описании границ токсичного влияния сульфатов на анаэробное окисление органических соедине-

10

ний. Металл служит акцептором сульфидного иона, который образуется при восстановлении сульфатов, однако степень этой зависимости, по отношению к металлу неизвестна. Эти сведения отсутствуют, и без них невозможно ни проектирование, ни управление процессом. Таким образом, к настоящему времени отмечены только фактические показатели биохимического процесса, но нет закономерностей, с помощью которых можно управлять процессом. Отсутствие их может привести к неразрешимости задачи очистки сточных вод.

По современным требованиям аппарат биологической очистки сточных вод должен быть компактным и многофункциональным, объединяющим несколько технологических процессов. Конструкция аппарата должна быть заводского изготовления. Несмотря на относительно широкую заинтересованность в применении таких аппаратов, сегодня выдвигаются дополнительные требования к их конструкции и стоимости, которые невозможно удовлетворить известными аппаратами. К этим требованиям относится ограниченный набор технологических операций в аппарате, а также ограничения по габаритам, например, отношение высоты колонны аппарата к ее диаметру. Приводятся различные значения этого показателя, которые не могут быть приняты, так как в них не учитываются условия биохимической очистки сточной воды и особенности строительства. Очевидно, здесь нужна зависимость, обеспечивающая определение конструктивных ограничений по верхнему и нижнему значению показателя, а также технологических ограничений.

Эффективность работы установки определяется не только набором сооружений, но и оптимизацией процесса на стадии проектирования и эксплуатации. Для этого могут быть применены различные математические модели. Предпочтение сегодня отдают моделям, построенным на основе ферментативных биохимических реакций. Однако,

π

как показывает опыт, эта модель должна быть дополнена другими факторами, оказывающими существенное влияние на процесс.

Во второй главе даны теоретические основы способов интенсификации процесса биохимической очистки сточных вод. Автором была разработана схема двухстадийного формирования сточных вод передбиологической очисткой:

первая - прогноз на ближайшие сутки; вторая - оперативное управление очисткой.

Система формирования базируется на порционном приеме воды.

Содержание загрязнений на выходе из усреднителя (Сеых(Т)) определяется по формуле

где T1 - время усреднения; t - продолжительность сброса воды в усреднитель; AC - амплитуда импульса загрязнений (Ас = Сан - Сеых(Тс) )· Величина импульса может быть положительной и отрицательной.

В начале воду подают в камеру анализа и определяют содержание загрязнений в воде. Результаты вводят в компьютер и находят отклик на возможный сброс, а по величине отклика - прием на биологическую очистку конкретного объема воды. Изменение количества камер приводит к изменению объема камеры

где Qpас - расчетный расход сточной воды, проходящей через камеру анализа (Qpac = Waн / tc6 , где tc6 - продолжительность подачи воды в камеру); tан - продолжительность анализа; η - число камер.

Перспективным будет вариант биохимического удаления сульфатов с помощью сульфатредуцирующих бактерий с учетом известных закономерностей

SO''4 > SO"3 > S2O''3 > S" > HS' > H2S;

4C2H4O2 + 4H2SO4 = 8CO2 + 8H2O + 4H2S.

12

Разделение анаэробной иловой смеси будет глубоким при образовании плотных гранул ила. Гранулированный ил имеет гидравлическую крупность 1,5 - 2,5 мм/с. Существенным в оценке разделения иловой смеси следует считать скорость псевдоожижения загрузки и

гранулированного ила.

Содержание аммиака в очищаемой воде может достигать 5001200 мг /л. Для удаления аммиака из воды нами принята десорбция, основанная на диссоциации ионов аммония в щелочной среде с образованием газообразного аммиака. Автором предложен и разработан аппарат «АММОСОРБ» для удаления аммиака из сточных вод, с получением 25%-ного раствора сульфата аммония, пользующегося по-

требительским спросом.

Новый аппарат «БИОСОРБ», разработанный автором с гранулированным илом (рис. 1) очищает сточную воду биохимическим способом параллельной адсорбции загрязнений сточных вод. Объем (W), высота (H) и площадь(F) колонны определяются окислительной

мощностьюW = Q(Len - Le x )/OM; R i = Qr/Q; F = ( Q + Qr)/Vr.

Рециркуляция ила (Ri) определяет высоту и диаметр колонны, из меняет расход электроэнергии. Рециркуляцию можно сократить дo минимальной и обеспечить псевдоожижение за счет сточной воды

Если скорость рециркуляции постоянная V r = 25 м/ч, то

W= (Q+ Qr) .H / Vr =Q . t, где t = (Len -Lex )/OM; H = Vr . t/(1 + Ri ) .

Из значений R i и t приведенных зависимостей можно выделить три зоны: первая Ri = 0-5 - очищаемую воду применяют для подъема гранул ила; вторая Ri = 2-6 - доступная высота колонны и небольшие расходы на рециркуляцию; третья, Ri >25приводит к увеличен площади под строительство установки и затрат электроэнергии

подъем ила.

Рис. 1. Аппарат «БИОСОРБ» для биоадсорбционной очистки сточных вод:

1 - приемный резервуар и насос; 2 - самотечная подача сточной воды; 3 - глухое днище; 4 - цилиндрический корпус; 5 - внутренняя камера псевдоожиженного слоя загрузки; 6 - коаксиальная перегородка; 7 - загрузка; 8 - периферийная камера; 9 - тонкослойный модуль; 10 - отделитель ила, вертикальный отстойник; 11 - отвод рециркулируемого потока воды; 12 - вывод избыточного ила; 13 загрузка фильтра; 14 - вывод очищенной воды; 15 - насос для рецирку-

ляции иловой воды; 16 - ввод в аппарат рециркулируемого потока; 17 - подача рециркулируемой иловой воды в фильтр

В третьей главе приведены результаты исследований озонирования аэробной иловой смеси в аэротенках очистных сооружений про-

мышленного комплекса (рис. 2), с использованием разработанного автором аппарата «РОВ».

В опытный контактный аэротенк подавался озон в течение 1, 2, 3, 4, 5, 10 и 20 сек, с дозой 0,37-7,28 мг/л. После озонирования иловая

14

0,28 - 8,73 мг/л, аэрировали 60 минут (tair), отстаивали 45 мину (рис. 3).

Рис. 2. Схема озонирования иловой смеси перед отстаиванием:

1 - аэротенк; 2 - озоно-воздушная смесь; 3 - камера озонирования; 4 - от стойник вторичный

Рис. 3. Схема озонирования иловой смеси:

1 - аэрация; 2 - озоно-воздушная смесь; 3 - камера озонирования; 4 - последующая аэрации; 5- вторичный отстойник

Установлено, что максимальный эффект очистки достигается при минимальных дозах озона, вводимого вблизи конца аэротенка.

Озонирование анаэробной иловой смеси исследовали на концентрированных сточных водах фабрики первичной обработки шерсти (ПОШ). Бактериальные клетки подвергали воздействию озоном с дозой 0,1-10 мг/л. Процесс оценивали по ХПКex г/л, Сex г/л, по I см3/г, grad - вектору изменения ХПКех и Сех, отнесенным к изменению до-

15

зы озона, Д, мг/л. Максимальный эффект отмечался при дозе озона 2 - 5 мг/л.

Потребление кислорода при озонировании иловой смеси исследовали на очистных сооружениях свиноводческого комплекса. Опыты выполнены на автоматическом респирометре AP-102. Первая серия опытов: озонирование смеси после четырех часов аэрации, с последующей двух часовой аэрацией; вторая серия опытов: озонирование до аэрации и последующей шести часовой аэрацией; третья серия опытов: аэрация без озонирования.

Озонирование после четырех часов аэрации увеличивает скорость потребления кислорода. Максимальное значение достигается при дозе озона 5, 15 мг/л. Скорость увеличивается до 8-9,1 мг/г-ч, при уровне в контрольном опыте 6,6 мг/г .ч, т.е. увеличение на 21-37%.

Озонирование иловой смеси по длине аэротенка выполнено по схеме рис. 3. Вводили озон и аэрировали воздухом иловую смесь. Подача озона в конце опытного аэротенка увеличила скорость потребления кислорода и степень очистки воды. Концентрация органических соединений снижалась в опытном аэротенке дополнительно на 25-35%. Для оценки активности бактерий иловую смесь из последнего коридора аэротенка очистных сооружений подавали в контактный аэротенк и аэрировали 10 минут. Затем подавали озоновоздушную смесь с концентрацией озона 8-12 мг/л, через промежутки времени, соответствующие дозам озона 0,5; 1,0; 2,0; 5,0; 10,0; 20,0 мг/л. Из него отобрали пробы иловой смеси на анализ. Результаты отражены на рис. 4.

Благоприятной для бактерий будет доза озона до 2 мг/л иловой смеси.

Анализ показал, что введение озона в иловую смесь с дозой 1-2 мг/л во второй половине аэрации снижает ХПК на 44,1%; содержание нефтепродуктов на 66,6%, бромирующихся веществ на 20,2%;

16

содержание фенола, смолистых веществ и БПК на 45,7; 41,0 и 19,8%, соответственно. Расход озона на единицу «снятого» загрязнения составляет для ХПК 0,06мг/мг; для нефтепродуктов 0,08 мг/мг; для бромирующихся веществ 0,28 мг/мг и для БПК 0,4 мг/мг.

м,

тыс/мл

Д,мг/л

Рис. 4. Зависимость количества живых бактерий в иловой смеси (M) от дозы озона (Д) при концентрации активного ила:

Озонирование на пилотной установке выполнено для оценки поведения микроорганизмов активного ила. Установлено, что при дозе озона 1-2 мг/л ХПК снизилось на 28,9%, скорость окисления увеличилась на 34,9%, количество нефтепродуктов снизилось на 30%, фенолов - на 40,6%; иловый индекс составил 57-66 по сравнению с контрольным. Микроскопирование активного ила показало, что простейшие как индикаторы состояния биоценоза ила активны.

Закономерности озонирования иловой смеси описаны зависимостью

где So- исходная концентрация органических соединений в сточной воде, мг/л; S1- концентрация органических соединений в конце пер-

17

вой стадии очистки, мг/л; S2- концентрация органических соединений после ввода озона, мг/л; р1 , - удельная скорость потребления кислорода на первой стадии, мг/г.ч; X - концентрация активного ила,г/л.

Модель биологической очистки сточных вод с озонированием иловой смеси в процессе аэрации содержит 6 зависимостей:

(4)

Получены экспериментальные показатели модели процесса:

На основании математической модели процесса создан алгоритм поиска оптимальных условий озонирования, включая оценку необходимости озонирования, место ввода и дозу озона, время аэрации после озонирования.

Промышленная установка озонирования иловой смеси содержит устройство для смешения двух фаз (рис. 5).

Камера противоточного движения активного ила и озоновоздушной смеси увеличивает степень очистки сточных вод от органических соединений и взвешенных веществ, снижает технологические потери озона, затраты на эксплуатацию.

Рис. 5. Схема секционирования аэротенка с противоточным вводом озоно-воздушной смеси:

1 - коридор; 2 - стенка; 3 - дно; 4 - канал подачи воздуха; 5 - поперечная перегородка с от верстием внизу; 6 - продольная перегородка с отверстием внизу; 7 - нижний вырез у перегородки; 8 - продольная перегородка с кромкой; 9 - направление движения иловой смеси; 10 направление спиральное движение иловой смеси; 11, 13 - зона аэрирования; 12 - распреде

литель озоно-воздушной смеси

Технические решения озонирования можно реализовать с мини мальными затратами за счет повторного использования озоно

воздушной смеси (рис.6).

Рис. 6. Схема озонирования иловой смеси и обеззараживание очищенной сточной воды:

смесь 1 — диспергатор отработанной озоно-воздушной смеси; 2 — аэротенк; 3 — подача сточной во

ды; 4 - подача озоно-воздушной смеси; 5 - отработанная озоно-воздушная смесь; 6 - камер противоточного озонирования; 7 - вторичный отстойник; 8 - эжектор озоно-воздушной сме си; 9 - вантуз для пропуска озоно-воздушной смеси; 10 - реактор напорного озонирования воды; 11 - регулятор давления, «до себя»; 12 — сброс обеззараженной воды; 13 - насос эжек-

тирования озоно-воздушной смеси