Введение к работе
Актуальность проблемы
В настоящее время большое внимание уделяется поиску методов моделирования технологических процессов переработки жидких органосодержащих отходов промышленных предприятий и населенных пунктов. В условиях постепенного ухудшения состояния поверхностных источников особое значение приобретает разработка методов эколого-технологической защиты окружающей природной среды от загрязнения ее отходами производств и бытовыми коммунальными стоками населенных пунктов. Попадание в водные источники неочищенных сточных вод, образующихся при реализации технологических процессов производства и переработки продукции, а также в процессе жизнедеятельности людей, влекут за собой тяжёлые последствия. В связи с этим возникает необходимость строительства или реконструкции очистных сооружений, обеспечивающих показатели очистки, заданные государственными природоохранными органами.
Структурные элементы технологической схемы очистных сооружений неразрывно связаны между собой в единый комплекс, от согласованной работы которых зависит конечный результат - качество очистки сточных вод. Отсюда вытекает важная практическая задача разработки технологий, позволяющих совершенствовать систему предварительной механической очистки в первичных отстойниках от дисперсных и коллоидных частиц.
Существенный вклад в развитие методов обработки органосодержащих отходов внесли С.В. Яковлев, Я.А. Карелин, И.В. Скирдов, А.И. Албулов, В.Г. Тюрин, В.И. Баженов, И.И. Павлинова, Ю.Ф. Эль, Т.А. Карюхина, И.Н. Чурбанова, А.А. Денисов и другие.
Целью проводимых в настоящее время исследований является поиск эффективных способов обработки стоков, обеспечивающих высокие требования природоохранных органов к водам, сбрасываемым в рыбо-хозяйственные водоемы.
Выполненные к настоящему времени работы показали, что создание эффективной многоступенчатой системы очистки требует проведения большого объема научно-исследовательских и доводочных работ для получения оптимальных конструктивно-технологических решений и внедрения их в промышленных масштабах в системах очистки производственных и хозяйственно-бытовых стоков.
Цели и задачи исследований
Целью настоящей работы являлась разработка моделей технологических процессов очистки сточных вод от дисперсных, коллоидных и биогенных загрязнений в комплексных системах современных очистных сооружений.
При выполнении работы были поставлены следующие задачи:
- изучение механизма и динамики процессов осаждения дисперсных и коллоидных частиц органических загрязнений с помощью биополимеров активного ила;
- анализ состава и концентрации полисахаридов в гидромеханически обработанной смеси сточной воды и активного ила;
- определение влияния технологических параметров обработки иловой суспензии на эффективность механической очистки высокозагрязненных стоков;
- разработка моделей динамики отстаивания дисперсных смесей на основе анализа гидравлических режимов работы отстойников и уравнений седиментации в частных производных и в дискретной форме;
- разработка практических рекомендаций по внедрению метода повышения эффективности механической очистки сточных вод за счёт использования биополимеров активного ила;
- микробиологические исследования динамики трансформации биоценоза активного ила аэрационных сооружений при его предварительной обработке гидромеханическими методами;
- разработка математических моделей технологических процессов очистки сточных вод от дисперсных, коллоидных и биогенных загрязнений для повышения эффективности работы очистных сооружений.
Научная новизна
1. Выполнена оценка степени повышения эффективности механической очистки высоконагруженных органосодержащих стоков при использовании биофлокулянтов, выделенных из активного ила.
2. Определена структура и физико-химические характеристики экзополисахаридов, выделенных из биоценозов активного ила, содержащих доминирующие штаммы зооглейных форм бактерий.
3. Определены молекулярно-массовые характеристики и концентрации полисахаридов (олигосахаридов и олигополисахаридов) в биополимерах, выделенных из активного ила действующих очистных сооружений.
4. Определены оптимальные технологические режимы предварительной гидромеханической обработки иловой суспензии (продолжительности и интенсивности обработки, концентрации биополимеров в обрабатываемой воде).
5. Разработана модель процессов отстаивания дисперсных смесей на основе анализа гидравлических режимов работы отстойников и балансовых уравнений седиментации в частных производных и в дисперсной форме;
6. Разработан графо-аналитический метод прогнозирования технологических характеристик функционирования отстойников на основе совместного интегрирования количественных характеристик гидравлики потоков и седиментации взвешенных веществ в отстойниках.
Практическая значимость
Полученные результаты и выводы базируются на материалах теоретических, лабораторных, модельных и натурных исследований систем очистки стоков, загрязненных органическими веществами и позволяют с высокой степенью надежности рекомендовать их к практическому использованию в промышленных масштабах при создании новых и реконструкции действующих очистных сооружений.
Апробация работы
Материалы диссертационной работы доложены на: Международной научной конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды», «INDOOR AIR AND ENVIRONMENTAL QUALITY». – г. Ханой, 23 марта - 5апреля. – 2013; X Международной научной конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды». – г. Будапешт, 13-20 мая. – 2012; VII Международной научной конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды». – г. Самарканд, 17-21 мая – 2010; VI Всероссийской научно-практической конференции «Мониторинг природных экосистем». – г. Пенза– 2010; VII межвузовской научной конференции студентов и аспирантов «История и перспективы развития инженерных систем». – г. Москва, 30 ноября – 2010; X Международной научно-практической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности». – г. Пенза, декабрь. – 2010; VIII Международной научно-практической конференции «Природноресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России» – г. Пенза – 2010; XII Международной научно-практической конференции «Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии». – г. Пенза – 2010; II Международной научно-практической конференции посвященной памяти академика РАН и РААСН Сергея Васильевича Яковлева (шестые Яковлевские чтения ) «Водоснабжение и водоотведение мегаполиса». – г. Москва – 2011; Международной научно-практической конференции «Проблемы устойчивости и безопасности систем жизнеобеспечения в сфере жилищно-коммунального хозяйства». – г. Москва, 18-19 ноября. –2011; Международной научно-практической конференции. г. Щелково, 5-7 декабря 2012; II Международной Научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях». г. Москва 2010 ; Научно-практической конференции «Комплексный подход к благоустройству территорий города Москвы» – 2011; Научно-практической конференции «ГОУ ВПО Московская государственная академия коммунального хозяйства и строительства». – 2012; Пятнадцатой международной межвузовской научно-практической конференции студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых «Строительство-формирование среды жизнедеятельности». – г. Москва – 2012.
Структура и объем диссертации.
Работа состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 169 страницах машинописного текста, содержит 60 рисунков, 10 таблиц и 7 приложений. Библиография включает 141 наименований, из которых 49 на иностранных языках.
