5406
.pdfНа правах рукописи
Колесов Юрий Федорович
БИОХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ВЫСОКОКОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ПАРАМЕТРИЧЕСКИ НЕСТАЦИОНАРНЫХ СТОЧНЫХ ВОД
05.23.04 - Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов
А В Т О Р Е Ф Е Р А Т диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Нижний Новгород - 2001
Работа выполнена вНижегородском государственном архитектурно-строительном университете
Научный консультант
доктор технических наук, профессор В.В. Найденко
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор Ю.В Воронов, доктор технических наук, профессор Л.H. Губанов, доктор технических наук, профессор Л.И. Гюнтер
Ведущая организация
АО «Нижегородский САНТЕХПРОЕКТ»
Защита состоится |
2001г. |
в __ часов на заседании дис- |
сертационного совета |
Д 212.162.02 в |
Нижегородском государствен- |
ном архитектурно-строительном университете по адресу: 603600,
г.Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65, корпус 5, аудитория 202.
Сдиссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета.
Автореферат разослан « |
» |
2001 г. |
|
|
|
|
|
Ученый секретарь |
|
диссертационного совета |
Е.В.Копосов |
доктор технических наук |
1
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Переход экономики страны к устойчивому развитию предопределяет решение ряда важных приоритетных народно-хозяйственных задач, в том числе: создание высокоэффективных энерго-ресурсосберегающих технологических процессов, обеспечивающих производство экологически безопасной продукции; использование замкнутых и оборотных систем водопользования. Отечественный и зарубежный опыт свидетельствует о том, что для ряда отраслей промышленности - пищевой, легкой, химической, нефтехимической - реализация стратегии устойчивого развития требует создания гибких и надежных локальных систем обезвреживания промстоков, использования в технологических процессах очищенной сточной воды, переработки и утилизации образующихся осадков и шламов. Для этих производств является характерной параметрическая нестационарность состава и расхода сточных вод, высокая концентрация органических загрязнений, не позволяющие обеспечивать очистку стоков на городских станциях аэрации.
Современные требования к качеству очищенной воды и к устойчивости очистки меняют представление о многоступенчатой очистке воды. По современным требованиям это должна быть многоцелевая установка, способная обеспечить очистку воды не только по традиционным показателям - органическим соединениям и взвешенным веществам, но и по азоту, фосфору, сульфатам, металлам и биорезистентным соединениям. Достигаются такие свойства введением в
технологию очистки анаэробной стадии. В практике отсутствуют
технические решения подобных задач. |
|
|
Многолетние исследования и |
многочисленные |
опытно- |
конструкторские работы, а также производственные испытания позволили автору создать и внедрить в практику высокоэффективные
методы и технические средства биохимической очистки высококонцентрированных сточных вод, позволяющие успешно решать перечисленные выше задачи.
Актуальность проблемы подтверждена включением ее в федеральную целевую программу (1998-2010гг.) «Оздоровление экологической обстановки на реке Волге и ее притоках, восстановление и предотвращение деградации природных комплексов Волжского бассейна» («Возрождение Волги»), в международные РоссийскоГерманские проекты «Ока-Эльба» (1995-1998 гг.), «Рейн-Волга» (1999-2003 гг.), направленные на решение важнейших задач экологически безопасного развития регионов в бассейнах Волги, Рейна, Оки и Эльбы.
Автор выражает глубокую благодарность профессору, доктору технических наук, академику В. В. Найденко за ценные советы и консультации при выполнении настоящей работы.
Приношу глубокую благодарность сотрудникам лаборатории биологической очистки сточных вод Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета за помощь в выполнении настоящей работы.
Целью работы является создание высокоэффективной энергоресурсосберегающей технологии анаэробной биохимической очистки концентрированных и слабо концентрированных параметрически нестационарных производственных сточных вод. Для достижения цели автором решены следующие задачи:
-проведен анализ отечественного и зарубежного опыта в области анаэробной очистки сточных вод и определены приоритетные направления научно-исследовательских работ;
-проведены в многофакторном эксперименте исследования стадийной технологии анаэробной очистки сточных вод;
-создана экспериментальная установка, обеспечивающая проведение сравнительных исследований процессов анаэробной и аэробной биохимической очистки сточных вод;
-разработаны математические модели и методы расчета установок анаэробной очистки сточных вод;
-на основе выполненных теоретических и экспериментальных ис-
следований разработаны рекомендации и технические решения для проектирования установок и аппаратов локальной очистки промышленных сточных вод.
Объект исследований - технология и нормы технологического режима биохимической очистки высококонцентрированных и слабоконцентрированных производственных и коммунальных сточных вод, технические решения по аппаратурному оформлению процесса очистки.
Методы исследования - многофакторный эксперимент, планируемый на лабораторных, пилотных и опытно-промышленных установках биохимической очистки сточных вод; - математический статистический анализ результатов экспериментов
и создание математических моделей процессов очистки сточных вод, проверка адекватности предложенных автором математических мо-
делей. |
|
|
|
Научная |
новизна работы: |
- |
создана |
математическая модель процесса поступления производ- |
|
ственных сточных вод на сооружения биохимической очистки, |
|
|
обеспечивающая прогноз расходов и концентраций загрязнений |
|
|
стоков для расчета усреднителей и сооружений очистки; |
|
- |
создана |
математическая модель анаэробной биохимической очи- |
стки сточных вод, описывающая влияние существенных факторов на качество очищенной воды. На основе предложенной модели
разработан метод расчета установок на стадиях их проектирова ния, эксплуатации, при выборе оптимальных режимов работы;
-установлена закономерность повышения эффективности биохими ческой деструкции органических загрязнений, содержащихся сточных водах, озонированием; создана математическая модель алгоритм поиска необходимой дозы и места ввода озона при обра ботке анаэробной и аэробной иловой смеси для повышения скоро сти окисления трудноокисляемых органических соединений;
-разработана новая высокоэффективная конструкция реактора н порного озонирования («РОВ») сточной воды, создан параметри ческий ряд аппаратов для напорного озонирования в производст венных условиях;
-установлена зависимость расхода биогенных элементов от мес ввода в аэротенк;
-разработан метод анаэробной десульфатации сточных вод с оки лением органических соединений и параллельным восстановлени ем сульфатов до нерастворимых сульфидов;
-разработан и внедрен в практику на ряде предприятий мног функциональный колонный аппарат «БИОСОРБ» для анаэробной аэробной биологической очистки сточных вод, отстаивания ило вой смеси и фильтрования биохимически очищенной сточной во ды;
-разработан и внедрен в практику многофункциональный колонны аппарат «АММОСОРБ» для удаления из сточных вод аммиака получением товарного продукта —раствора сульфата аммония;
-разработаны нормы проектирования и эксплуатации производст венных установок биохимической очистки высококонцентриро ванных параметрически нестационарных сточных вод.
Практическая значимость результатов работы состоит в сле
дующем:
-разработаны практические рекомендации, методы расчета и регламент на проектирование и эксплуатацию установок биохимической очистки сточных вод до показателей, удовлетворяющих современнымнормативнымтребованиям;
-созданы технологические процессы и аппараты, исключающие снижение эффективности биохимической очистки при параметрической нестационарности сточных вод;
-разработаны и испытаны в производственных условиях аппараты
очистки воды «РОВ», «БИОСОРБ», «АММОСОРБ», рекомендуемых к применению при строительстве новых, техническом перевооружении и реконструкции действующих очистных сооружений с целью увеличения их производительности, повышения качества очищенной воды.
- запущены в производство многофункциональные и компактные установки заводского изготовления биохимической очистки сточных вод.
Апробация результатов исследований. Основные результаты и положения диссертации доложены и обсуждены на следующих форумах, конференциях, симпозиумах: «7-м Всесоюзном симпозиуме по современным проблемам прогнозирования, контроля качества воды водоемов и озонирования» (г.Таллин, 1985 г.); Всесоюзной конференции «Гидрология 2000 года» (Москва, 1986 г.); научнотехническом семинаре «Перспективы развития водоснабжения и канализации» (г. Тбилиси, 1985 г.); научно-технической конференции «Интенсификация работы сооружений водоснабжения и водоотведения» (г. Куйбышев, 1986 г.); Всесоюзной научно-технической конференции «Основные направления развития водоснабжения, водоотведения, очистки природных и сточных вод и обработки осадков» (г.Харьков, 1986 г.); научно-технической конференции «Интенсификация процессов очистки природных и сточных вод» (г. Ростов-на-
Дону, 1987 г.); семинаре «Обезвреживание отходов химических производств с использованием биологических систем» (г. Донецк, 1987, 1988, 1990 гг.); Всесоюзной научной конференции «Охрана от загрязнений сточными водами водоемов бассейнов внутренних морей» (г. Тбилиси, 1987 г.); научно-практической конференции «Опыт внедрения безотходной технологии обработки сточных вод, утилизации осадков» (г. Ленинград, 1989 г.); Всесоюзном научно-техническом семинаре «Совершенствование технологических процессов на станциях аэрации с доведением качества очистки сточных вод до требований рыбохозяйственных водоемов» (г. Калинин, 1990 г.); научнотехнической конференции профессорско-преподавательского состава «Строительный комплекс» (г. Горький, 1984, 1987, 1988, 1990гг.); научном совете в Institut fur Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik, Ганноверский университет, по программе «Биосорб», 1998, · 1999 гг.; российско-германском семинаре об анаэробной биологической очистке промышленных сточных вод, Германия, Берлин, 1999г.; научно - технических конференциях «ЮНЕСКО» в Нижегородском государственном архитектурно-строительном университете, 1999,
2000 гг.
На защиту выносятся научные положения:
-методика многофакторного активного эксперимента;
-оригинальная пилотная и опытно-промышленная установки биологической очистки сточных вод непрерывного действия;
-система технологий, аппаратов и сооружений для подготовки сточной воды к биологической очистке;
-многоступенчатая технология очистки анаэробным способом концентрированных и слабо концентрированных промышленных и коммунальных сточных вод;
-новые процессы и аппараты озонирования анаэробной и аэробной
иловой смеси;
-математические модели биохимической очистки сточных вод;
-рекомендации и технические решения для проектирования и экс-
плуатации установки анаэробной очистки сточных вод; - технико-экономическое обоснование строительства установки
биохимической очистки сточных вод по разработанным рекомендациям.
Публикации: по теме диссертации опубликовано 35 научных работ, 14 авторских свидетельств на изобретения.
Объем и структура работы: диссертация состоит из введения, восьми глав, выводов, списка литературы из 193 наименований, в том числе 70 иностранных; работа изложена на 425 страницах, содержит 93 рисунка, 49 таблиц, 5 приложений.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении определена актуальность проблемы, сформулированы цель и основные задачи диссертационной работы, отмечена её научная новизна и практическая значимость.
В первой главе анализируются современные научно-технические решения по анаэробной очистке сточных вод в широком диапазоне концентрации загрязнений, технологические схемы и аппараты.
Существенный вклад в развитие современного анаэробного способа биологической очистки промышленных сточных вод внесли ученые Российской Федерации Гюнтер Л.И., Швецов В.H., Мишуков Б.Г., Скирдов И.В., Чурбанова И.H., Яковлев С.В. и зарубежные ученые.
Практика показывает, что эффективность и надежность очистки сточных вод определяется подготовкой воды и оперативным управлением процессом. Перспектива создания системы подготовки биологической очистки с автоматизацией процессов и с оптимальным
управлением сегодня вполне реальна. Сложные по составу сточные воды могут оказывать значительное влияние на эффективность анаэробного процесса очистки. Например, содержание сульфатов в анаэробной среде приводит к образованию токсичных полупродуктов восстановления сульфатов, сульфидов. Отсутствие закономерностей восстановления сульфатов ограничивает возможности управления очисткой сточной воды с целью исключения ее токсичности и обеспечения требуемого качества очищенной воды.
Как показали наши исследования, для большого класса загрязнений, практически не способных к биологической деструкции, перспективным является предварительное озонирование воды. После обработки воды озоном содержание БПК увеличивается до 0,8 от ХПК. Озонирование влияет на характеристики активного ила: уменьшаются иловый индекс, время уплотнения, сопротивление фильтрации. Однако применение способа интенсификации ограничено отсутствием закономерности воздействия озона на процесс анаэробной и аэробной биологической очистки.
Отечественные и зарубежные ученые едины во мнении о целесообразности применения автоматизированного прогнозирования и оперативного управления очисткой сточных вод. Однако в настоящее время отсутствуют не только основы формирования системы, но и подходы к ее решению, не говоря уже о технических решениях. Обилие показателей и неопределенность в существенном влиянии каждого из них на процесс сдерживает широкое применение автоматизированных систем. Сведения об окислении органического соединения и скорости этого процесса не могут быть адекватны реальным условиям его осуществления, поскольку сточные воды представляют субстрат, обеспечивающий различные источники питания ила. Оценка химических веществ по способности их к биохимическому распаду по показателю "легко", "трудно", "быстро" и "медленно" даст на-