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 |

Интенсификация обезвоживания осадка станции биологической очистки с помощью электроосмоса

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Винокурова Татьяна Евгеньевна

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ Обезвоживания
осадка станции биологической очистки
с помощью электроосмоса

25.00.36 — Геоэкология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Нижний Новгород — 2007

Работа выполнена в Нижегородском государственном архитектурно-строительном университете.

______________________________________________________________________________________________________________________

Научный руководитель

Чл.-кор. РААСН, доктор технических наук,
профессор Губанов Леонид Никандрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Кучеренко Владимир Ильич,

кандидат технических наук, доцент Фирсов Александр Иванович

Ведущая организация

ОАО «НИЖЕГОРОДСКИЙ САНТЕХПРОЕКТ»

Защита состоится “27” апреля 2007 г. В 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.162.02 при Нижегородском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65, корпус V, аудитория 202.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан «22» марта 2007 года.

Ученый секретарь
диссертационного совета
кандидат технических наук, доцент М.О. Жакевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Ежегодно в Российской Федерации на муници-пальных сооружениях по очистке сточных вод образуется более 100 млн м3 осадков при средней влажности 96%. В Волжском бассейне на станциях аэра-ции городов ежегодно выделяется 53,3 млн м3 осадков в год, и к настояще-му времени на иловых картах накопилось 192 млн м3 влажностью 80%. На Курьяновской станции аэрации в г. Москве хранится около 17 млн м3 осадков, на городских очистных сооружениях г. Волгограда 2,4 млн м3, в Нижнем Новгороде 4,5 млн м3 при ежегодном поступлении 0,9 млн м3 жидких осадков.

На станциях аэрации крупных городов технология обработки осадка в большинстве случаев представляет собой его минерализацию в метантенках или аэробных стабилизаторах с дальнейшим механическим обезвоживанием или подсушиванием на иловых картах. На последние приходится 98% обезво-живания осадков. Последующее использование обезвоженного осадка пре-дусматривалось в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Однако из-за высокой насыщенности осадков ионами тяжелых металлов, поступающих со сточными водами промышленных предприятий, использование их в сельском хозяйстве стало невозможным, поэтому подсушенные осадки остаются на иловых картах, занимая площади, необходимые для полноценного обезвоживания вновь выделяемого осадка. Такое положение приводит к сокращению площадей иловых карт. При этом следует отметить большую продолжительность обезвоживания осадков в естественных условиях с влажности 96% до влажности 75% в 90-110 суток. Именно после этих сроков на территории бассейнов Верхней и Средней Волги обеспечивается удобство транспортировки подсушенного осадка автотранспортом.

Для решения проблем уменьшения площадей для обезвоживания осадка, его хранения и утилизации проводятся поиски новых технологий по интенсификации процесса обезвоживания, освобождения иловых карт для хранения подсушенного осадка, утилизации. Только в Н.Новгороде площади иловых карт составляют более 140 га.

Анализ приведенных в литературе результатов и рекомендаций, а также данных служб эксплуатации станций биологической очистки сточных вод городов Волжского бассейна показывает, что проблема интенсификации обезвоживания осадков на иловых картах, их обеззараживание и детоксикация с целью последующей утилизации в сельском хозяйстве и при озеленении городских территорий является актуальной.

Данная работа выполнялась в рамках ФЦП “Экология и природные ресурсы России” (2002 — 2010 г.г) подпрограммы «Возрождение Волги» по базовому проекту ВВ-9 «Разработка новых технологий и средств защиты водных объектов и населения от антропогенного воздействия предприятий и производственных систем и оценка экологического риска производств, разработка технологий переработки и утилизации экологически вредных промышленных отходов, сокращения удельного водопотребления и водоотведения», утвержденному постановлением правительства РФ от 07.12.01 за № 860.

Автор выражает искреннюю благодарность за научную, практическую и консультативную помощь моему первому научному руководителю д.т.н., проф. В.В.Найденко, идеи которого во многом и определили основные направления диссертационной работы.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является исследование, разработка и внедрение интенсивной технологии обезвоживания осадков иловых карт электроосмосом, компостирования осадка с целью обеспечения его утилизации в качестве почвоулучшающей композиции в сельском и лесном хозяйстве и д.р.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

- анализ и систематизация имеющихся сведений по обработке осадков городских сточных вод;

- изучение физико-технических, химических, биологических и электротехнических характеристик осадков;

- разработка экспериментальной установки, учитывающей условия выделения жидкой фазы из осадков;

- разработка схемы иловой карты, оснащенной электроосмотическим оборудованием;

- выбор оптимальных режимов работы иловых карт для обезвоживания осадка сточных вод с использованием электроосмоса,

- разработка технологии компостирования осадка с целью последующей утилизации.

Для решения поставленных задач проведены исследования, включаю-щие анализ и систематизацию сведений по обработке, утилизации, депониро-ванию и уничтожению осадков городских сточных вод; исследования состава и различных свойств осадков станций аэрации; исследования интенсификации процесса обезвоживания осадков при помощи электроосмоса. Часть исследо-ваний выполнялась во время научной стажировки в Германии.

Научная новизна работы заключается в следующем:

-разработана принципиально новая комплексная технология обезвоживания осадков сточных вод иловых карт с использованием электроосмоса, последующего обезвреживания компостированием, позволяющего утилизиро-вать осадки в качестве почвоулучшающей композиции в сельском хозяйстве;

- экспериментально установлена зависимость выделения жидкой фазы из осадков сточных вод при различных внешних условиях: наложение электрического поля с различными напряжениями и различными расстояниями между электродами;

- определены оптимальные условия интенсификации обезвоживания осадков, в качестве фильтрующей поверхности используется металлическая сетка с размерами ячейки 0,20,2 мм (сетка работает в качестве катода); материал катода и анода — нержавеющая сталь; плотность тока 4 А/м2;

- предложена конструктивная схема иловой площадки с оборудованием для интенсификации процесса обезвоживания при помощи электроосмоса;

- подобрано и решено уравнение неустановившейся фильтрации жидкой фазы осадка через катодную сетку при различных начальных условиях;

- изучены параметры компостирования обезвоженных на иловых картах осадков.

Практическая значимость. Разработана эффективная технология обезвоживания осадков городских сточных вод на иловых картах. Разработаны обобщенные рекомендации по интенсификации процесса обезвоживания осадков городских сточных вод с использованием метода электроосмоса, что позволяет повысить нагрузку на иловые карты в 4-5 раз.

Предложена технология обезвреживания осадков методом компостирования. Технология внедрена в виде проекта очистных сооружений г. Сергач, обобщенные рекомендации по интенсификации осадков сточных вод переданы ОАО Нижегородский Сантехпроект» для практического использования в проектах. Рекомендации по интенсификации процесса обезвоживания осадков приняты МУП Водоканал г.Н.Новгорода.

Предложенная технология рекомендуется к использованию на крупных и средних станциях аэрации.

Предложена установка, работающая в стационарном режиме. Опытно-промышленные испытания проведены на Нижегородской станции аэрации с учетом обезвоживания слоя осадка в 50 см, что соответствует натурным условиям.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались: на научно-технических конференциях “Строительный комплекс”. ННГАСУ: Нижний Новгород. 1996-2000 гг.; на Международных научно-практических конференциях: “Гидротехническое строительство, водное хозяйство и мелио-рация земель на современном этапе”, “Вторичные ресурсы: социально-эконо-мические, экологические и технологические аспекты”. Приволжский Дом зна-ний: Пенза. 1999, на Международной научно-практической конференции: “Экологическая безопасность строительства. Управление обращением с осад-ками сточных вод, промышленными и твердыми бытовыми отходами. Исполь-зование отходов”. МГСУ: Москва. 1999; на международном научно-промыш-ленном форуме “Великие реки” в 2002 году, значительная часть результатов исследований опубликована в методических пособиях для студентов и специалистов по проектированию очистных сооружений канализации городов вышедших в свет в 2001 и 2003 годах.
На защиту выносятся:

-результаты теоретических и экспериментальных исследований по обработке, обезвоживанию, уничтожению и утилизации осадков городских сточных вод;

-результаты исследований основных свойств осадков городских сточных вод;

-результаты исследований по обезвоживанию осадков городских сточных вод с помощью электроосмоса;

-конструктивная схема иловой карты с нагрузками 5-6 м3/м2 в год;

-технология обезвоживания осадков городских сточных вод на иловых картах с электроосмотическим оборудованием;

-результаты исследований по компостированию осадков, подсушенных на иловых картах;

- технология получения компоста на основе осадков сточных вод с использованием специального микробиологического препарата «Байкал-ЭМ1».

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 15 научных работах автора, одна из которых опубликована в журнале, рекомендованном ВАК «Проблемы региональной экологии».

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, 49 рисунков и 15 таблиц, приложения. Список литературы включает 136 наименований, из них 45 на иностранных языках. Общий объем диссертации 160 страниц.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность вопросов обработки осадков, образующихся на станциях биологической очистки городских сточных вод.

Первая глава отводится анализу научно-технической литературы, посвященной обезвоживанию, утилизации, депонированию и уничтожению осадков городских сточных вод.

Осадок городских сточных вод подвергается минерализации, обезво-живанию, утилизации, уничтожению или депонированию. На станциях аэра-ции крупных и средних городов три вышеуказанных ступени обязательно присутствуют. Минерализация осуществляется в метантенках или аэробных минерализаторах. Обезвоживание сброженных осадков производится по двум направлениям: естественное обезвоживание под действием сил гравитации на иловых картах; механическое - с использованием различных фильтр-прессов, вакуумфильтров и центрифуг. Естественное обезвоживание на иловых картах требует значительного количества земельных площадей, которые чаще всего находятся в пределах городской черты. Такой путь решения проблемы обезвоживания выбран странами Восточной Европы, Северной Америки, СНГ и Китаем. Обезвоживание при помощи механических средств применяют страны Западной Европы, Юго-Восточной Азии. Фильтр-пресса и центрифуги широко используют на очистных сооружениях крупных городов США, Канады и, частично, России, где из-за высокой стоимости земли гравитационное обезвоживание практически невозможно. Недостатком данного пути решения проблемы обезвоживания для России является использование реагентов, которые в РФ выпускаются в недостаточном количестве, а закупка импортных реагентов делает процесс обработки осадков низкорентабельным.

Поиск оптимального пути обезвоживания осадков в России сводится к исследованию различных способов интенсификации процесса подсушивания на иловых картах. Но все они дают возможность повысить нагрузку на иловые карты до 2-3 м3/м2, в то время как процесс интенсификации гравитационного процесса обезвоживания при использовании электроосмоса позволяет довести ее до 5-6 м3/м2 и выше. Сравнительный технико-экономический анализ методов обезвоживания осадков выявил целесообразность применения данного метода, так как практически при равных капитальных и энергетических затратах эксплуатационные затраты при гравитационном обезвоживании с использованием электроосмоса ниже, чем при механическом обезвоживании из-за высокой стоимости реагентов.

Во второй главе дан анализ осадков, образующихся на очистных сооружениях сточных вод городов. Эти осадки разделяют: на крупные отбросы, задерживаемые на решетках с размером прозоров между прутьями 16 мм; минеральные частицы, выпадающие в песколовках; органические частицы, всплывающие и оседающие в первичных отстойниках; избыточных активный ил после аэротенков, выделяемый во вторичных отстойниках, который для сокращения объема уплотняется в илоуплотнителях. Осадок из первичных отстойников и уплотненный активный ил содержат значительное количество органики, при хранении быстро загнивают. Для исключения этого неприятного фактора их подвергают стабилизации, преимущественно сбраживают в метантенках при термофильном или мезофильном режимах. Сброженный осадок содержит меньше органики, имеет влажность W98%, плохо отдает влагу. Для сокращения объема его обезвоживают. Обезвоживание осуществляют на иловых картах до влажности W80%, либо выделяют жидкость при помощи вакуумфильтров, фильтрпрессов, центрифуг и других механических сооружений до влажности W77-80%.

В работе основное внимание уделяется осадкам, поступающим на иловые карты. Сброженный осадок содержит, в среднем, 98% воды, которая в хлопьях осадка представлена в 4 фазах: свободная, физико-механически связанная, физико-химически связанная, химически связанная. Обширная поверхность твердой фазы позволяет воде удерживаться адсорбцией. Поэтому поступающий на иловые поля осадок представляется коллоидной полидисперсной системой. При удалении части влаги он приобретает свойства капилярно-пористых грунтовых материалов, его объем сокращается в 10-15 раз. Авторы P.J. Buijs, A.J. Diemen, H.N. Stein, S.Gazbar, J.M. Abadie, F.Colin, S.Kondoh, M. Hiraoka отмечают, что при обезвоживании сброженных осадков муниципальных сточных вод использование механических средств позволяет снизить влажность, в среднем, лишь до 77-80%, в то время как наложение дополнительно электрического поля позволяет улучшить этот результат на 5-7% за счет удаления механически связанной воды.

Осадок, как гидрозоль, имеет электропроводность, складывающуюся из электропроводности, обусловленной коллоидными частицами, и электро-проводности ионов, присутствующих в системе, т.е. она зависит от заряда, числа и подвижности коллоидных частиц ионов, а также температуры. По опытным данным электропроводность сброженных осадков колебалась от 8-10,5103 Ом-1/см для исходного до 1-2,65103 Ом-1/см — при влажности 80-78,5%. При этом прослеживается закономерность: чем ниже влажность, тем ниже и электропроводность.

Сброженный осадок обладает электрокинетическими свойствами. Изучение электрокинетических свойств осадка производилось на специальной экспериментальной установке. Схема установки для изучения этих явлений представлена на рис.1. Она представляет из себя пластиковый лоток (1) 55х25 см, высотой 10 см, с металлическими перфорированными трубками-дренами (2, 3) обернутыми металлической сеткой (4) для предотвращения проскока твердых частиц. Жидкая составляющая осадка просачивалась сквозь фильтрующий элемент и удалялась при помощи дренажа. При подключении к электродам электрического тока скорость фильтрации жидкости резко увеличивалась. Через некоторое время можно было заметить, что осадок около анода становится значительно гуще, чем в районе катода. Основной выход фильтрата, примерно 80%, происходил у катода. Таким образом, в сброженном осадке возможно было наблюдать явление электроосмоса и электрофореза. Рассматривая процессы обезвоживания осадков, следует остановиться на параметрах, характеризующих водоотдающие свойства последних. Эти параметры: удельное сопротивление осадка; индекс центрифугирования; иловый индекс; время капиллярного просачивания; время фильтрации; вязкость фильтрата; электрокинетические свойства осадка.

Многие исследователи, занимающиеся процессами обезвоживания осадков с использованием флокулянтов, такие как M.M. Abu-Orf, M.L.Agerbaek, S.K. Dentel, K. Keiding и другие считают, что наиболее полную картину о водоотдающих свойствах осадков можно получить, определив ток течения. Современные методы определения данного параметра позволяют наиболее быстро реагировать на изменение свойств осадков, но этот путь достаточно дорогостоящий.

 Схема лабораторной установки для исследования явления электроосмоса: 1 —-0

Рис. 1. Схема лабораторной установки для исследования явления электроосмоса: 1 — отсек, наполняемый осадком исходной влажности (98,7%); 2 — дрена (катод); 3 — дрена (анод); 4 — металлические сетки с размерами ячеек 0,160,16 мм.

Удельное сопротивление и индекс центрифугирования — наиболее часто используемые параметры, применяемые для характеристики водоотдачи осадков. В ходе лабораторных исследований по определению этих параметров у различных осадков Нижегородской станции аэрации (НСА) были получены следующие результаты (табл. 1).

Таблица 1

Водоотдающие свойства осадков Нижегородской станции аэрации

Вид осадка Удельное сопротивление, см/г Индекс центрифугирова-ния, см3/г
Сырой осадок, W 93,5% 176,51010 4
Избыточный активный ил, W 99,3% 3801010 52,5
Сброженный осадок, W 98,4% 14321010 23,3


Pages:   || 2 | 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.