авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Очистка сточных вод в мембранном биореакторе.

-- [ Страница 2 ] --

Параллельно по традиционной схеме работала установка аэротенк с отстойником.

Эксперименты проводились в непрерывно-проточном режиме в течение длительного времени (от 50 до 350 сут), контроль работы установок осуществлялся на основе стандартных методов анализа, результаты которых подвергались статистической обработке. Кинетические параметры зависимостей определялись графо-аналитическим методом.

Пилотная установка была смонтирована на очистных сооружениях г. Подольска в здании решеток. Установка работала более 12 месяцев. Подача исходной сточной воды производилась непосредственно из канала после механических решеток. Эффективная фильтрационная площадь половолоконных мембран (с размерами пор – 0,04 мкм) составляла 0,93 м2. ТМД поддерживалось в пределах 0,5-5 м. вод. ст.

Процесс фильтрования осуществлялся в циклическом режиме (фильтрация - обратная промывка-фильтрация) с различной частотой. Режимы фильтрования варьировались в диапазоне 600–1800 с (фильтрование), обратная промывка осуществлялась в течение 30 с.

В главе 4 «Экспериментальные исследования» изложены результаты экспериментальных исследований.

Раздел 4.1 посвящен оценке принципиальной возможности использования мембранной микрофильтрации для доочистки биологически очищенной воды, определению роли мембранной фильтрации в процессе доочистки в условиях полного удержания биомассы в биореакторе. Производственные сточные воды характеризуются высоким значением остаточной ХПК. Часто эти стоки имеют высокую цветность. Нередко требуется ступень доочистки для дополнительного снижения ХПК, а традиционные биологические методы доочистки не способны удалять остаточные концентрации загрязнений по ХПК, взвешенные вещества, цветность. В качестве субстрата была выбрана выходящая после вторичных отстойников вода от производства картофельных чипсов. Биологически очищенный сток характеризовался высокой цветностью 80-140 гр. ПКШ, ХПК – 35-120 мг/л, БПК – 5-25 мг/л, азот аммонийный 2-12 мг/л. Результаты работы лабораторной установки по доочистке представлены на рис.4.1.1, 4.1.2, 4.1.4.

 1.1. Динамика изменения содержания-10
Рис. 4.1.1. Динамика изменения содержания органических загрязнений по ХПК.

Эффект очистки по ХПК за период исследований в мембранном биореакторе составил 25%.

Эффект очистки по цветности при установившемся режиме в МБР получен в среднем 15% (рис.4.1.2).

 1.2. Динамика изменения цветности в-11
Рис. 4.1.2. Динамика изменения цветности в процессе доочистки биологически очищенной воды в МБР

В процессе доочистки в лабораторной установке МБР имела место нитрификация (рис.4.1.4), которая осуществлялась за счет накопления в МБР биомассы активного ила и, соответственно, нитрификаторов.

 1.4. Динамика изменения азота-12
Рис. 4.1.4. Динамика изменения азота аммонийного

Концентрация активного ила возросла с 0,08 г/л до 0,8 г/л. Содержание взвешенных веществ в выходящей воде после мембранных биореакторов снижается практически до 0 мг/л.

К концу эксперимента внутри МБР концентрация органических загрязнений по ХПК достигла 270 мг/л, а цветность - 190 град. ПКШ. Вероятно, это биологически стойкие соединения в коллоидной форме, поскольку они задерживаются мембраной.

Материальный баланс по ХПК показал, что при доочистке в МБР окисляется 20,9% из поступившей органики, 3,5% накапливается в виде коллоидов и 75,6% выходит с очищенной водой.

Анализ результатов лабораторных исследований по доочистке биологически очищенных сточных вод указывает, что применение одной мембранной фильтрации даже при наличии активного ила на стадии доочистки не обеспечивает достаточно глубокого окисления остаточных биорезистентных органических веществ (гуминовых, фульвокислот и др.). Остаточная ХПК снижается на 24,4%, цветность - всего на 17,4%.

В то же время, МБР обеспечивает снижение азота аммонийного на 65%, глубокое удаление взвешенных веществ на 95-99%, что позволяет получить очищенную воду, удовлетворяющую современным нормативам по взвешенным веществам (до 3 мг/л).

В разделе 4.2 представлены результаты лабораторных исследований на имитате сточной воды. Цель данной работы заключалась в сравнительной оценке технологических преимуществ метода очистки сточных вод в МБР с традиционной схемой. В качестве органического субстрата использовался ацетон (источник углерода) с добавлением биогенных элементов. Параллельно работал аэротенк с активным илом. Расход сточной воды на аэротенк изменялся от 2,5 до 7 л/сут. Расход воды на МБР в среднем составлял 8 л/сут. Снижение концентрации органических загрязнений по ХПК в МБР и аэротенке представлено графически на рис. 4.2.1.

 2.1. Концентрация органических-13
Рис. 4.2.1. Концентрация органических загрязнений по ХПК (усредненные данные) до и после очистки

Эффективность очистки по ХПК за этот период в аэротенке составляла – 84%, в МБР - 93%, причём окисление органических веществ происходит значительно глубже и с более высокими удельными скоростями окисления (рис.4.2.3).

 2.3. Зависимость окислительной-14
Рис. 4.2.3. Зависимость окислительной мощности от качества очищенной воды

Как видно из рис. 4.2.3 и 4.2.6 окислительная мощность (ОМ) в МБР по ХПК и аммонийному азоту в 3-4 раза выше ОМ аэротенка при более высокой степени очистки.

 2.6. Зависимость окислительной-15
Рис. 4.2.6. Зависимость окислительной мощности по аммонийному азоту от его содержания в очищенной воде

Увеличение дозы ила в сооружениях биологической очистки приводит к повышению ОМ (рис.4.2.4). В аэротенке на протяжении всего эксперимента доза активного ила поддерживалась в пределах 0,5-2 г/л, в МБР при иловом индексе 200-600 мл/г концентрация активного ила возрастала от 1,5 до 16 г/л. В аэротенке с вторичным отстойником наблюдался вынос взвешенных веществ от 10 до 190 мг/л.

 2.4. Зависимость окислительной-16
Рис. 4.2.4. Зависимость окислительной мощности (по ХПК) от дозы ила

Однако, увеличение концентрации активного ила в МБР свыше 10 - 12 г/л приводит к ухудшению гидродинамической обстановки в реакторе, снижению массообменных характеристик системы, затруднению доступа кислорода к активному илу, наблюдаются процессы самоокисления ила, которые сопровождаются ухудшением качества очищенной воды.

Исследования подтвердили перспективность технологии с применением МБР для биологической очистки сточных вод. Совмещение мембранной микрофильтрации с биологическим окислением обеспечивает:

  • увеличение глубины очистки и достижение качества очищенной воды до нормативов на сброс в водоем рыбохозяйственного назначения;
  • повышение окислительной мощности аэрационных сооружений по удалению органических загрязнений и соединений азота в 3-4 раза за счет накопления до оптимальной величины дозы ила в системе;
  • практически полное задержание взвешенных веществ; стабильную эффективность очистки при наличии активных илов с высоким иловым индексом (до 250 мл/г и выше);
  • устойчивость процесса биологического окисления органических соединений и соединений азота;
  • удаление органических загрязнений сточной воды в МБР и традиционных аэротенках описывается идентичными зависимостями.

В разделе 4.3 представлены результаты исследований на пилотной установке в условиях действующих сооружений канализации г. Подольска (Московская обл.) на городских сточных водах. Усреднённые показатели качества исходной воды, подаваемой на установку, составляли: взвешенные вещества – 90-200 мг/л; ХПК – 180-300 мг/л; БПКполн – 120-210 мг/л; азот аммонийный – 17-30 мгN/л; азот органический – 8-22 мгN/л; фосфор – 2,3-4 мгР/л.

В результате проведенных исследований:

  • изучены основные закономерности и особенности процессов биологической очистки в МБР на реальных сточных водах;
  • оценены предельные возможности технологии с применением МБР по производительности (окислительная мощность) и по глубине удаления органических загрязнений и соединений азота;
  • показаны преимущества и условия применения МБР для очистки сточных вод с достижением качества очищенного стока до нормативов ПДК рыбохозяйственного водоема (БПК -1-1,5 мг/л, взвешенные вещества 0-3мг/л, азот аммонийный <0,39 мг/л) без дополнительной ступени доочистки;
  • оценена стабильность технологического процесса в производственных условиях при существенных колебаниях состава и расходов городских сточных вод, температуры и других параметров;
  • в реальных условиях получены оптимальные технологические параметры, кинетические константы и коэффициенты, необходимые для расчета сооружения.

За весь период работы установки можно выделить 7 технологических режимов по продолжительности аэрации (Таэр). Результаты работы установки приведены на рис.4.3.3, 4.3.4.

 3.3. Усредненные показатели работы-17
Рис.4.3.3. Усредненные показатели работы установки

Важной особенностью работы МБР является возникновение градиента концентраций между содержимым биореактора и пермеатом по различным показателям. За период наблюдений отмечалось увеличение ХПК, БПК и концентрации аммонийного азота внутри биореактора по сравнению с пермеатом.

Эффективность очистки по ХПК, БПК и удалению аммонийного азота (в целом по системе «биореактор – мембранный модуль») практически не зависит от времени обработки при Таэр от 2,5 до 17 ч (рис.4.3.4). Эффективность очистки по ХПК составляла 80-90%, по БПК – 98,7-99,7%, по аммонийному азоту – 98,5-99,8%, что не достижимо на традиционных сооружениях биологической очистки.

 3.4. Взаимосвязь эффективности-18
Рис.4.3.4. Взаимосвязь эффективности очистки с периодом аэрации.

Для установления взаимосвязи между технологическими параметрами был проведён корреляционный анализ. Имеет место статистическая связь градиента концентрации аммонийного азота с Таэр (R= - 0,81) и концентрацией активного ила (R= 0,62) в биореакторе. Градиент концентраций азота при Таэр 2,4–3,2 ч также возрастает. Аммонийный азот не может быть задержан мембраной, перепад его концентраций можно объяснить только процессом нитрификации, протекающим на самой мембране (снаружи или внутри). Это подтверждается также увеличением концентрации нитратов в пермеате по сравнению с их содержанием внутри биореактора. Градиент концентрации аммонийного азота также возрастает при дозах ила 816 г/л.

Оценка взаимосвязи ОМ с Таэр в МБР и концентрацией активного ила показала, что ОМ изменяется в зависимости от этих технологических параметров аналогично процессам, протекающим в аэротенках (рис. 4.3.6).

 3.6. Взаимосвязь окислительной-19
Рис.4.3.6. Взаимосвязь окислительной мощности по ХПК с периодом аэрации и дозой ила.

ХПК (разница ХПК внутри биореактора и на выходе) значительно возрастала при снижении Таэр (R= -0,51), что связано с дисбалансом между скоростью поступления загрязнений и скоростью их биологического окисления.

 3.7. Зависимость градиента ХПК от-20
Рис.4.3.7. Зависимость градиента ХПК от периода аэрации и дозы ила в биореакторе

Наблюдалась также устойчивая статистическая связь градиента ХПК с концентрацией активного ила (R= 0,57) в биореакторе (рис.4.3.7).

Однако поддерживать дозу ила в биореакторе свыше 8 г/л (для данного вида сточной воды) технологически нецелесообразно не только из-за процессов самоокисления ила и накопления продуктов метаболизма, но и заметного ухудшения условий массопередачи. При дозе активного ила в системе до 8 г/л наблюдался достаточно низкий градиент концентраций как органических загрязнений (по ХПК и БПК), так и азота. Взаимосвязь градиента БПК с Таэр и дозой активного ила аналогична представленной выше зависимости градиента ХПК.

Обработка полученных данных позволила определить тип уравнения кинетики окисления данного вида сточных вод, рассчитать коэффициент ингибирования скорости процесса активным илом и привести к единой дозе ила удельные скорости окисления , мг/(г.ч), с целью определения остальных кинетических констант Vmax, Km и :

, (4-1)

где Vmax – максимальная удельная скорость биохимической деструкции субстрата, отнесенная к единице массы микроорганизмов, мг/(гч); S – концентрация субстрата (количество органических веществ по БПК в очищенной воде), мг/л; Km – константа Михаэлиса, характеризующая сродство фермента с субстратом, мг/л; константа торможения.

Зависимость удельной скорости окисления по БПК биореактора от качества очистки, дополненная данными работы действующего производственного аэротенка (который работал при более низких гидравлических нагрузках) и рассчитанная по вышеприведенному уравнению для реакции с торможением субстратом, подтверждает, что кинетика окисления органических загрязнений по БПК как в производственном аэротенке, так и в МБР описывается идентичной зависимостью.

В разделе 4.4 представлены результаты изучения работы погружных мембранных блоков в МБР. Целью исследований было выявление взаимосвязи параметров работы биореактора с темпом забивания мембран и нахождение оптимальных условий проведения фильтрования.

Параметры работы микрофильтрационных мембран существенно влияют на условия работы биореактора и одновременно зависят от технологических режимов биологического процесса. На эффективность работы мембранных модулей также оказывают влияние скорость потока при фильтровании, интенсивность обратного потока при промывке мембран, частота и длительность циклов фильтрования и обратных промывок, а также интенсивность барботажа воздухом. Поэтому в течение всего эксперимента в автоматическом режиме проводились измерения величин потоков пермеата и потоков при обратной промывке, а также соответствующих им перепадов ТМД на мембранах (рис.4.4.1).

В качестве обобщенной характеристики использовалась величина нормализованного потока Jн, измеряемая как удельный поток через мембрану м3/(м2.сут), отнесенный к единице перепада давления (м. вод. ст.), м/(сутм. вод. ст.).

 4.1. Характеристика работы-22
Рис.4.4.1. Характеристика работы мембранного модуля пилотной установки за период исследований.

На рис.4.4.4. представлены обобщенные результаты работы мембран от разных производителей и отличающихся размером пор (0,22-0,04 мкм).

 4.4. Сводная характеристика работы-23
Рис.4.4.4. Сводная характеристика работы различных мембран.

Графики на рис.4.4.4. показывают, что несмотря на разницу в размерах пор, разные условия работы биореакторов и состав очищаемых жидкостей, в течение первых примерно 30 дней любая новая мембрана резко снижает свою производительность. После этого наступает длительный период стабильной работы (независимо от условий, типа сточной воды, нагрузок и т. д.) с весьма низким и примерно одинаковым темпом потери производительности. Величина Jн 0,2–0,4 м/(сут. м. вод ст.), наблюдаемая в этот период, приемлема с технологической и технико-экономической точек зрения. Длительность этого периода также весьма велика, на что указывает непрерывная работа мембран в пилотной установке в течение года без необходимости ее химической очистки.

Корреляционный анализ позволил установить взаимосвязь среднего темпа снижения нормализованного потока J с технологическими параметрами работы мембранного биореактора. Наблюдается устойчивая статистическая связь темпа снижения нормализованного потока Jн с дозой ила в реакторе (R= 0,76) и с удельной скоростью окисления (рис.4.4.2).

Зависимость темпа снижения нормализованного потока от удельной скорости окисления имеет ярко выраженный минимум, что свидетельствует о наличии области оптимальных параметров работы биореактора по нагрузке на ил. Этот режим характеризуется максимальной степенью очистки в реакторе и минимальным темпом падения производительности мембран.

 4.2. Влияние удельной скорости-24
Рис.4.4.2. Влияние удельной скорости окисления, дозы ила на средний темп снижения нормализованного потока.


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.