Исследование процесса очистки природных вод биосорбционно-мембранным методом

В разделе 4.2 представлено конструктивное оформление мембранных биореакторов, определяемое принятой технологической схемой, типом применяемых мембранных модулей и местными условиями на площадке. Основными технологическими элементами БМР являются: реактор с порошкообразным активированным углем, мембранный блок, система отвода пермеата и обратной промывки мембран, система подачи сжатого воздуха (рис. 4.6).При снижении пропускной способности мембранного модуля ниже минимально допустимого значения требуется химическая промывка мембран для восстановления гидравлических характеристик мембранных модулей. Химическая промывка осуществляется в соответствии с рекомендациями производителей мембранных модулей.

Рис. 4.4. Кинетика окисления СПАВ

Рис. 4.5. Кинетика окисления фенола

В разделе 4.3 приведена методика расчета БМР, который производится с учетом заданных концентраций специфических загрязнений в исходной и очищенной воде.

Рис. 4.6. Принципиальная схема БМР

1- Биосорбционно-мембранный реактор; 2 – Мембранный модуль; 3 – Система аэрации; 4 – Насос отвода пермеата и подачи промывной воды; 5 – Резервуар очищенной воды; 6 – Таймер; 7.1,2,3,4 – Управляемый клапан; 8 – Расходомер; 9 – Манометр- вакуумметр; 10 – Датчик уровня; 11 – Воздуходувка; 12 – Расходомер сырой воды; 13.1,2 – Ротаметр; 14.1,2 – Регулирующий клапан; 15 – Насос отвода избыточной биомассы.

Основой технологического расчета является определение требуемого количества активированного угля на основе экспериментально определенной или рассчитанной удельной скорости окисления () по лимитирующему показателю (БПК, азот аммонийный или другие нормируемые компоненты) в зависимости от требований, предъявляемых к качеству очищенной воды.

Необходимое количество загрузочного материла PПАУ (т) определяется по формуле:

, (4.1.)

Где: S0 и St - расчетная концентрация загрязнений в исходной и очищенной воде (г/м3);

Q – расход очищаемой воды (м3/сут.)

20 – удельная скорость окисления загрязнения при температуре стока 20 0С (г загрязнения/кг угля/сут.).

Величина для любой степени очистки рассчитывается на основе кинетики окисления для каждого компонента загрязнений природных вод.

Объем зоны окисления Wреак, м3 определяется по формуле:

(4.2)

СПАУ - концентрация порошкообразного активированного угля, г/дм3л.

В качестве примера приведен технологический расчет станции водоподготовки производительностью 10000 м3/сут для двух режимов: летнего и зимнего (табл. 4.1.) Показатели содержания загрязняющих веществ в исходной воде (S0 ) получены в результате обработки данных лабораторных исследований за период с июня 2006г. по декабрь 2007г.

Требуемое количество загрузочного материала (PПАУ, т) в соответствии с показателями, представленными в таблице 4.1 принимается по наибольшему значению (нефтепродукты), наиболее неблагоприятному периоду (летний период ) и равняется 10,35 т.

Общая площадь половолоконных микрофильтрационых мембран (Fm, м2) рассчитывается на основе оптимальной скорости фильтрования (Jуд =0,36-0,4 м3/м2.сут.), с учетом минимальной скорости загрязнения мембран при допустимом трансмембранном перепаде давления и требуемой производительности сооружений, по формуле:

Fm = Q/ Jуд, (4.4)

где: Q – расход очищаемой воды (м3/сут.)

Таблица 4.1

Глава 5 «Технико-экономическая оценка очистки природных вод в БМР».

Для обоснования экономической эффективности применения биосорберов в схемах подготовки питьевой воды в условиях сильного антропогенного загрязнения водоисточника выполнено технико-экономическое сравнение двух альтернативных вариантов станций водоподготовки производительностью 10000 м3/сут.

Первый вариант - технологическая схема очистки природных вод с использованием БМР (рис. 5.1). Решетки грубой очистки для удаления крупных включений - процеживатели (решетки тонкой очистки) с прозором 2-3 мм для исключения попадания с сырой водой в БМР мелкой взвеси, которая может привести к зашламлению мембранных элементов – БМР – обеззараживание.

Второй вариант - традиционная схема: осветление – первичное хлорирование - коагуляция – обеззараживание (рис. 5.2).

Рис.5.1 Схема очистки природных вод с использованием БМР

1 – решетки грубой очистки; 2 - решетки тонкой очистки; 3 – биореактор с ПАУ; 4 - мембранные блоки; 5 - обеззараживание; 6 - резервуар чистой воды; 7 – потребителю, 8 - воздух.

Первый вариант - технологическая схема очистки природных вод с использованием БМР (рис. 5.1). Решетки грубой очистки для удаления крупных включений - процеживатели (решетки тонкой очистки) с прозором 2-3 мм для исключения попадания с сырой водой в БМР мелкой взвеси, которая может привести к зашламлению мембранных элементов – БМР – обеззараживание.

Рис.5.2 Традиционная схема очистки природных вод
1 – решетки грубой очистки; 2 – первичное хлорирование; 3 – подача рабочего раствора коагулянта; 4 – подача рабочего раствора флокулянта; 5 – смеситель; 6 – камера хлопьеобразования; 7 – горизонтальный отстойник; 8- песчаный фильтр; 9 – сорбционный фильтр (загрузка АГ-3); 10 –обеззараживание; 11 - резервуар чистой воды; 12 – потребителю.

Второй вариант - традиционная схема: осветление – первичное хлорирование - коагуляция – обеззараживание (рис. 5.2).

Результаты технико-экономического расчета представлены в таблицах 5.1-5.4.

Таблица 5.1

Определение капитальных затрат по сравниваемым вариантам.

В таблице 5.2 представлены годовые затраты на материалы, которые определены отдельно для каждого реагента и загрузки. В расчете также учитывается химическая регенерация и замена мембранных модулей, исходя из рекомендаций производителей.

Таблица 5.2

Затраты на реагенты.

Затраты на оплату электроэнергии (табл. 5.3) определяются исходя из суммарного расхода электроэнергии (сумма расходов электроэнергии по основным технологическим агрегатам и узлам) и установленного тарифа на электричество.

Таблица 5.3

Затраты на электроэнергию.