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:   || 2 | 3 | 4 |

Биологическая очистка высококонцентрированных сточных вод спиртовых заводов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Аронова Татьяна Александровна

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ВЫСОКОКОНЦЕНТРИРОВАННЫХ

СТОЧНЫХ ВОД СПИРТОВЫХ ЗАВОДОВ

05.23.04 – Водоснабжение, канализация,

строительные системы охраны

водных ресурсов

Автореферат

Диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2011

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Астраханский государственный технический университет» (ФГОУ ВПО «АГТУ»)

Научный руководитель: кандидат технических наук Саинова Виктория Николаевна
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Стрелков Александр Кузьмич, СГАСУ, г. Самара кандидат технических наук Соколова Елена Васильевна, ОАО «НИИ ВОДГЕО», г. Москва
Ведущая организация: ООО «Астраханьпромпроект», г. Астрахань

Защита состоится «19» октября 2011 г. в 12-00, на заседании диссертационного совета Д303.004.01 при ОАО «НИИ ВОДГЕО» по адресу: 119435, Москва, Б.Саввинский пер., д. 9, стр. 1, 8 этаж.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 119435, Москва, Б.Саввинский пер., д. 9, стр. 1, 8 этаж, Диссертационный совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «НИИ ВОДГЕО»,

тел. (499) 245-96-32.

Автореферат разослан "___" сентября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук Ю.В.Кедров

Основные условные обозначения

max - максимальная удельная скорость роста микроорганизмов

Vmax - максимальная удельная скорость окисления субстрата

Km - константа Михаэлиса

S - концентрация субстрата

E - концентрация фермента

- удельная скорость роста микроорганизмов

- удельная скорость окисления субстрата

Y - экономический коэффициент

константа ингибирования активным илом

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Преобладающая часть современных технологий производства этилового спирта до сегодняшнего дня являются незамкнутыми, и основным технологическим отходом спиртового производства, образующимся после перегонки спирта, является жидкая послеспиртовая барда. Основная трудность заключается в переработке жидкой фазы барды – фугата, где содержится целый комплекс загрязняющих веществ. При сбросе неочищенных сточных вод спиртзавода на городские очистные сооружения нагрузка на них по БПК возрастает от 1 до 3 тонн в сутки в зависимости от производительности завода.

Существующие технологии очистки сточных вод спиртовых заводов, перерабатывающих крахмалсодержащее сырье, предполагают либо предварительное разбавление высококонцентрированных стоков, либо использование сложного оборудования, например, выпарных установок, что приводит к повышению энергозатрат и капиталовложений.

Вследствие ряда технологических и экономических преимуществ, биологические методы могут рассматриваться как перспективные для очистки высококонцентрированных сточных вод пищевой промышленности.

В условиях ужесточения законодательства о государственном регулировании производства и оборота этилового спирта и алкогольной продукции, и постоянно возрастающих требований к локальной очистке производственных сточных вод, разработка эффективной и экономичной технологии с применением биологических методов является актуальной задачей.

Цели и задачи работы.

Цель настоящей работы состояла в создании эффективной технологии биологической очистки концентрированных сточных вод спиртзаводов в двухступенчатых аэротенках. Достижение этой цели потребовало решения следующих задач:

  • изучить особенности состава сточных вод спиртовых заводов, перерабатывающих зерновое сырье, на примере ОАО «Астраханский спиртзавод»;
  • определить основные закономерности и особенности процесса очистки сточных вод спиртовых производств, перерабатывающих крахмалсодержащее сырье;
  • изучить зависимости удаления органических загрязнений в двухступенчатых аэротенках для определения кинетических констант и коэффициентов, необходимых для расчета и оптимизации сооружений;
  • определить оптимальные технологические параметры процесса биологической очистки сточных вод спиртовых заводов на каждой ступени очистки при использовании многоступенчатых схем;
  • выполнить технико–экономическую оценку разработанной схемы многоступенной очистки сточных вод спиртовых производств, перерабатывающих крахмалсодержащее сырье.

Научная новизна работы заключается в том, что:

  • научно обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность использования для очистки сточных вод спиртовых производств двухступенчатых аэротенков с илоотделителем на каждой ступени, способствующих формированию на каждой ступени специфического биоценоза, приводящего к повышению эффективности очистки от трудноокисляемых органических загрязнений по ХПК, улучшению кинетических характеристик процесса и седиментационных свойств активного ила;
  • экспериментально показано, что деление процесса по ступеням обеспечивает поддержание высоких концентраций субстрата на I ступени и высокие значения окислительной мощности, а на II ступени – проведение процесса на полное окисление органических загрязнений. Окислительная мощность по БПК на I ступени аэротенка достигает 5600 г/м3*сут и на II ступени - 2500 г/м3*сут.;
  • экспериментально подтверждено, что процессы биологического окисления органических соединений адекватно описываются уравнениями ферментативной кинетики; впервые экспериментально получены кинетические характеристики для первой и второй ступени биологической очистки сточных вод спиртзаводов перерабатывающих зерно-картофельное сырье;
  • для сточных вод спиртового производства найдены кинетические константы уравнений ферментативных реакций, необходимые для расчёта и определения оптимальных технологических параметров на каждой ступени аэротенка и оптимизации процесса в целом. Показано, что при работе двухступенчатого аэротенка в режиме полной биологической очистки (по БПК 15 мг/л), оптимальная концентрация органических загрязнений по БПК в аэротенке I ступени составляет 300-600 мг/л. В режиме предварительной очистки (после аэротенка II ступени – 250 мг/л) оптимальная степень очистки в аэротенке I ступени составляет 800-1000 мг/л.

Практическая значимость результатов работы:

  • разработана технологическая схема биологической очистки сточных вод в двухступенчатых аэротенках предприятий по производству спирта, перерабатывающих зерновое сырье;
  • определены и технологически аргументированы оптимальные параметры работы двухступенчатого аэротенка до показателей полной биологической очистки и до нормативов сброса сточных вод в городскую канализационную сеть;
  • выданы рекомендации, по которым запроектированы очистные сооружения для спиртового завода ОАО «Астраханский спиртзавод»;
  • разработанные рекомендации для проектирования очистных сооружений сточных вод спиртовых заводов могут быть использованы при строительстве новых и реконструкции действующих предприятий по производству спирта из зерно-картофельного сырья.

Достоверность и обоснованность выводов и результатов работы подтверждается большим объемом и длительностью исследований, проведенных на экспериментальной установке с реальными сточными водами спиртового завода, согласованностью между экспериментальными и расчетными данными, применением стандартизированных методов измерений и анализа.

При выполнении исследований использовались современные методы расчета параметров схем и сооружений с применением компьютерной техники.

Апробация работы и публикации:

Основные результаты данной работы докладывались на международных научно-практических конференциях: «Роль мелиорации и водного хозяйства в реализации национальных проектов» в 2008 г. и «Роль мелиорации в обеспечении продовольственной и экологической безопасности России» в 2009 г.

По теме выполненных исследований опубликовано 9 работ, в том числе 3 в журналах, входящих в перечень ВАК. Имеются патент на изобретение «Способ очистки сточных вод» (RU 2320547, 27.03.2008 г.) и положительное решение (от 25.05.2011 г.) на выдачу патента на полезную модель «Устройство для очистки сточных вод» (заявка 2011111379 от 25.03.2011 г.).

Реализация результатов исследований:

По разработанным рекомендациям составлено техническое задание на проектирование очистных сооружений и выполнен проект очистных сооружений ОАО «Астраханский спиртзавод» производительностью 162 м3/сут.

На защиту выносятся:

Результаты теоретических и экспериментальных исследований по определению:

  • основных закономерностей и зависимостей окисления органических загрязнений концентрированных сточных вод спиртового завода в двухступенчатых аэротенках;
  • оптимальных технологических параметров работы двухступенчатых аэротенков;
  • кинетических констант и коэффициентов уравнений ферментативных реакций, использующихся для расчета и оптимизации двухступенчатых аэротенков при очистке концентрированных сточных вод спиртового завода.

Структура и объём работы.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка литературы. Библиография включает 107 источников. Общий объем диссертации 108 страниц, 37 рисунков и 19 таблиц.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна и практическая значимость результатов работы, а также основные положения диссертации, вынесенные на защиту.

Глава 1. «Современное состояние вопроса очистки сточных вод спиртовых заводов».

На ряде предприятий спиртовой отрасли производственные сточные воды сбрасываются в водные объекты или в сети городской канализации, проходя лишь механическую очистку и разбавление. Это приводит к большому расходу свежей воды, загрязнению природных источников и к сбоям в работе сооружений станций очистки городских сточных вод. Создавшееся положение вызывает необходимость проведения мероприятий по внедрению и совершенствованию систем водоотведения на предприятиях спиртовой промышленности.

В разделе 1.1 представлен анализ литературных данных, приведены состав и источники образования сточных вод в спиртовом производстве. Показано, что сточные воды спиртовых заводов, перерабатывающих крахмалсодержащее сырье, относятся к категории высококонцентрированных по органическим загрязнениям. Их состав и количество зависят от технологии производства спирта, а необходимая эффективность очистки обусловлена условиями сброса.

В разделе 1.2 приведены существующие методы очистки сточных вод спиртовых заводов. Имеющиеся на сегодняшний день технологии очистки сточных вод этих заводов предполагают либо совместную биологическую очистку с хозяйственно-бытовыми стоками, либо использование методов с применением сложного и энергоемкого оборудования (выпарные установки, установки обратного осмоса и др.). Совершенствование технологий биологической очистки концентрированных сточных вод, а также положительный опыт, полученный с наиболее близкими по составу сточными водами ряда производств пищевой отрасли промышленности, создают основу для дальнейшего исследования и развития биологических методов в направлении использования многоступенчатых схем. Наиболее перспективен и рентабелен способ биологической очистки сточных вод спиртовых производств в двухступенчатых аэротенках, технологические параметры работы которых могут быть установлены только экспериментально с учетом конкретных условий основного производства.

Глава 2. «Теоретические основы процесса биологической очистки концентрированных сточных вод».

В разделе 2.1 изложены общие представления о биологической очистке концентрированных сточных вод. Показано, что процессы окисления сопровождаются выделением большого количества свободной энергии, которая может использоваться в реакциях клеточного синтеза и для энергетических нужд клетки. При аэробном окислении получение энергии более экономично, чем при анаэробном, и одинаковое количество субстрата способно поддерживать значительно больше биомассы аэробного активного ила, чем анаэробного. В связи с этим, протекание процесса окисления одних и тех же загрязнений в аэробных и анаэробных условиях существенно отличаются друг от друга.

Процесс окисления загрязнений в аэробных условиях протекает с образованием CО2 и Н2О, тогда как в анаэробных условиях образуются низкомолекулярные органические соединения – метан, органические кислоты и т.д. Процесс очистки в аэробных условиях протекает более глубоко, чем в анаэробных.

В разделе 2.2 представлены теоретические основы кинетики процесса биохимической очистки сточных вод. Математическое описание кинетики ферментативных реакций основано на предположении о существовании комплекса фермента с субстратом и зависимости скорости реакции от скорости распада этого комплекса с образованием продукта реакции и свободного фермента. Согласно этой гипотезе для ферментативных реакций, протекающих по схеме:

Е+S ЕS E+P (1)

Михаэлисом и Ментен выведено известное уравнение:

(2)

Согласно этому уравнению зависимость скорости реакции от концентрации органического вещества выражается гиперболической функцией.

Для изучения кинетических закономерностей процесса биологической очистки и исследования функционирования системы в целом, кроме уравнения кинетики распада органического вещества в аэротенках, следует использовать уравнения материального баланса органических веществ. Скорость прироста аэробных микроорганизмов, осуществляющих процесс окисления, является важной характеристикой процесса биохимической очистки. Работами Моно и Иерусалимского показано, что скорость роста биомассы () описывается уравнением, аналогичным уравнению Михаэлиса-Ментен:

(3)

Известно, что скорость процесса биохимического окисления возрастает с увеличением концентрации субстрата и активного ила. В связи с этим при очистке концентрированных сточных вод для повышения производительности процесс целесообразно делить на ряд стадий. На первой стадии осуществляется очистка сточных вод с поддержанием достаточно высоких концентраций субстрата, обеспечивающих высокую скорость биохимического окисления. На второй стадии возможно более глубокое окисление оставшейся части органических веществ при меньших скоростях.

При применении многоступенчатых схем на каждой ступени аэротенка при наличии илоотделителя происходит формирование специфической микрофлоры. В популяции микроорганизмов активного ила имеется большое количество исходных медленнорастущих видов, помимо которых могут появиться виды, растущие в данных условиях быстрее исходных; замещение ими исходных форм приводит к перестройке популяции. Один вид (2) вытесняет другой (1) при условии 2> 1. Давление отбора () характеризуется как разница в удельных скоростях роста рассматриваемых видов:

= 2 - 1, (4)

На I ступени (при концентрациях субстрата, не лимитирующих скорости роста) скорости роста и окисления близки к максимальным, и отбор происходит в пользу микроорганизмов, растущих с максимальной скоростью µmax.

При высоких концентрациях субстрата имеются виды микроорганизмов, растущих со скоростью 1 и 2, причем 2 > 1.

Согласно уравнению 1 можно записать:

1 = 1maxS/(K1m+S),

2 = 2maxS/(K2m+S), (5)

На I ступени (при не лимитирующих концентрациях субстрата) скорости роста микроорганизмов и окисления близки к максимальным и отбор видов осуществляется в пользу развития микроорганизмов, растущих и окисляющих загрязнения с максимальной скоростью, на II ступени отбор видов направлен на уменьшение константы Михаэлиса, то есть на увеличение глубины окисления.

Таким образом, общие теоретические концепции закономерностей кинетики ферментативных реакций приводят к выводу, что для очистки высококонцентрированных сточных вод спиртзавода весьма перспективно применение биологической очистки в двухступенчатых аэротенках с илоотделителями на каждой ступени.

Глава 3. «Экспериментальные исследования».

В разделе 3.1 изложены поставленные задачи проводимых исследований.

В разделе 3.2 приведена методика экспериментальных исследований, описана модель экспериментальной установки по очистке сточных вод спиртзавода и изложены качественные характеристики поступающей на очистку воды.

Исследования проводились на натуральной производственной сточной воде спиртзавода на экспериментальной установке аэробной биологической очистки в режиме непрерывно–проточного культивирования.

Экспериментальная установка по очистке сточных вод представляла собой модель двухступенчатого аэротенка - смесителя с промежуточными отстойниками на каждой ступени (рис. 1). Эффективность процесса биологической очистки контролировалась по изменению в исходной и очищенной воде следующих показателей: БПКполн, ХПК, азот нитратов, азот нитритов, аммонийный азот, органический азот, фосфаты, рН, взвешенные вещества, доза активного ила, иловый индекс.

Сточные воды - фугат спиртового завода ОАО «Астраханский спиртзавод» - поступали в модельную установку двухступенчатой биологической очистки после предварительной механической очистки. Подача воды и циркуляция активного ила в системе осуществлялась при помощи многоканального насоса – дозатора. В аэротенки через мелкопузырчатые аэраторы подавался воздух.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 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.