Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор. цель и задачи исследования 7
1.1 Очистка сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности 7
1.1.1 Применение биосорбционных методов для биологической очистки сточных вод
1.1.2 Глубокая очистка природных и сточных вод на биосорберах 11
1.1.3 Использование селекционного биопродукта для коррекции состава активного ила в целях повышения эффективности очистки сточных вод
1.2 Водная токсикология и практическое биотестироваиие 14
1.3 Химическое загрязнение сточных и природных вод
1.3.1 Неорганическое загрязнение 20
1.3.2 Органическое загрязнение 22
1.4 Влияние токсикантов на водные популяции 23
1.4.1 Чувствительность гидробионтов к токсикантам 26
1.4.2 Порог токсичности различных гидробионтов и активного ила 29
1.4.3 Устойчивость организмов к ингибирующему действию токсикантов
1.5 Факторы, влияющие на токсичность 32
1.6 Методы биотестирования природных и сточных вод 34
1.7 Токсичность, устанавливаемая методами биотестирования, как интегральный показатель
1.8 Токсикологические испытания определения ПДК в России и за рубежом
1.9 Выводы по обзору литературы 44
1.10 Цель и постановка задач исследования 46
2 Методическая часть 47
2.1 Методика проведения биосорбционной очистки 47
2.2 Методика применения биопродукта для коррекции состава активного ила
2.3 Методы биотестирования сточных вод 50
2.3.1 Определение токсичности воды с использованием в качестве тест-объекта инфузорий Paramecium caudatum
2.3.2 Определение токсичности воды с использованием в качестве тест-объекта водорослей Scenedesmus quadricauda
2.3.3 Определение токсичности воды с использованием в качестве тест-объекта цериодафний Ceriodaphnia affinis
2.4 Определение содержания метанола 54
2.5 Определение содержания сульфатного лигнина 55
2.6 Определение содержания фенолов 55
2.7 Определение бихроматной окисляемости (ХПК) 55
2.8 Определение биохимического потребления кислорода (БПК) 56
2.9 Определение растворенного кислорода 2.10 Определение рН 57
2.11 Определение содержания сухого остатка 57
3 Экспериментальная часть
3.1 Биотестирование специфических загрязнений сточных вод ЦБП 5 8
3.2 Влияние активных углей на степень очистки сточных вод 62
3.3 Определение эффективности использования штаммов биопродукта в процессе биологической очистки сточных вод ЦБП
3.3.1 Изучение изменения содержания в сточных водах специфических 70
загрязнений
3.3.2 Изучение динамики изъятия загрязнений в условиях острых 72
опытов
3.3.2.1 Изучение динамики изъятия загрязнений общего стока 73
3.3.2.2 Исследование аэрирования стока с усреднителей 19
3.3.2.3 Исследование аэрирования стока III очереди 83
3.3.2.4 Изучение влияния биопродукта и хозяйственно-бытовых вод на динамику изъятия загрязнений
3.3.3 Изучение влияния биопродукта и хозяйственно-бытовых вод на динамику изъятия загрязнений в условиях адаптации активного ила
3.3.3.1 Изменение содержания в сточных водах специфических загрязнений
3.3.3.2 Исследование аэрирования стока с добавками биопродукта и хозяйственно-бытовых вод
3.3.3.3 Влияние микроорганизмов биопродукта на биологическую очистку общего стока и стока III очереди ЦБП
4 Принципиальные технологические схемы производства
4.1 Узел механической очистки сточных вод 105
4.2 Биосорбционная очистка сточных вод 107
4.3 Очистка сточных вод с добавлением биопродукта 108
4.4 Схема очистки с перераспределением хозяйственно-бытовых вод 109
5 Оценка экономической эффективности производства 110
5.1 Расчет затрат и экономической эффективности при введении активного 110 угля для очистки сточных вод
5.2 Расчет затрат и экономической эффективности при введении штаммов биопродукта для очистки сточных вод
5.3 Расчет экономической эффективности применения методов биотестирования при контроле сточных вод
Общие выводы 114
Список использованных источников
- Глубокая очистка природных и сточных вод на биосорберах
- Методы биотестирования сточных вод
- Влияние активных углей на степень очистки сточных вод
- Схема очистки с перераспределением хозяйственно-бытовых вод
Введение к работе
Актуальность темы
В настоящее время проблема качества очистки сточных вод ЦБП в условиях повышенных антропогенных нагрузок на водоисточники является весьма актуальной На всех целлюлозно-бумажных предприятиях России и на большинстве предприятий аналогичного профиля за рубежом для очистки сточных вод перед сбросом в водоем применяются биологические методы в аэротенках различной конструкции Биологическую очистку в аэротенках можно модифицировать путем перевода ее в режим биосорбции, что повышает эффективность очистки Также в настоящее время для решения проблем в области очистки сточных вод ЦБП и защиты окружающей среды активно развивается направление биоинтенсификации, связанное с созданием микробных смесей для дополнения биологической популяции активного ила, что, по мнению производителей, позволит достичь стабильности в работе систем биологической очистки
Известно, что токсичность сточных вод сульфатцеллюлозных предприятий значительно снижается и в присутствии хозяйственно-бытовых вод Поэтому перераспределение имеющейся подачи хозяйственно-бытовых вод может сыграть положительную роль в процессе очистки сточных вод.
Таким образом, исследования, направленные на изучение снижения токсичности сточных вод ЦБП при различных вариантах биологической очистки, актуальны, особенно при использовании методов биотестирования, которые позволяют констатировать факт наличия токсичности воды, учитывая эффекты синергизма и антагонизма компонентов, ее пригодность для жизни гидробионтов, обеспечивающих процессы самоочищения в водоеме
Цель в задачи исследований
Целью данной работы являлось исследование различных вариантов биологической очистки для снижения токсичности и остаточной загрязненности сточных вод ЦБП
Для достижения цели решались следующие задачи
исследование влияния добавки активного угля в существующие системы аэрации на показатели токсичности и остаточной загрязненности при биологической очистке сточных вод,
исследование влияния специально наработанного селекционного биопродукта на ферментативную и окислительную способность активного ила при очистке сточных вод от загрязнений в условиях острых опытов и в режиме адаптации,
токсикологическое исследование содержащихся в сточных водах ЦБП специфических загрязнений,
исследование влияния хозяйственно-бытовых вод на общепринятые в настоящее время и токсикологические показатели на II ступени биологической очистки
Научная новизна
Впервые установлена степень токсичности и количественно определена связь между показателями токсичности и уровнем загрязненности сточных вод ЦБП при различных вариантах их биологической очистки
Доказано, что добавление активного угля в качестве носителя биомассы микроорганизмов существенно влияет на эффективность очистки сточных вод Выявлена оптимальная дозировка гидроксида натрия, вводимая при получении активных углей методом термохимической активации
Установлено, что коррекция состава активного ила введением селекционного биопродукга благоприятно влияет на процесс биологической очистки сточных вод ЦБП Опытным путем подобрана оптимальная дозировка биопродукга в сточные воды
Выявлено положительное влияние введения хозяйственно-бытовых сточных вод на П ступень при 2-х ступенчатой схеме биологической очистки на качество стока
Показано, что применение методов биотестирования для характеристики исследуемых сточных вод ЦБП оперативно сигнализирует об опасном воздействии химического загрязнения на жизнедеятельность водных организмов
Практическая значимость
Исследуемые варианты биологической очистки могут найти практическое применение для снижения токсичности сточных вод ЦБП применение определенных марок углей при расходе 25 мг/л и дозирование биопродукта концентрацией 40 мг/л позволяет снизить токсичность в несколько раз
Для повышения биологической очистки сточных вод ЦБП при 2-х ступенчатой схеме рекомендуется часть хозяйственно-бытовых сточных вод, поступающих на очистку, подавать непосредственно на 2-ю ступень, минуя 1-ю
Выявлено положительное влияние вводимого биопродукта на снижение содержания специфических загрязнений сточных вод фенолов, метанола и сульфатного лигнина. Перераспределение хозяйственно-бытовых вод позволит предприятию снизить содержание в стоках фенолов и даже сульфатного лигнина
Для практического применения рекомендуется одновременное использование двух методов определения токсичности воды- методы с использованием в качестве тест-объекта цериодафний Cenodaphnia affinis и водорослей Scenedesmus quadncauda, что характеризует различную чувствительность к действию токсикантов гидробионтов из разных систематических групп. Для экспресс-оценки токсического действия сточных вод следует рекомендовать метод с использованием в качестве тест-объекта инфузорий Paramecium caudatum
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались на международных научно-технических конференциях в г. Архангельске «Экология Северных территорий России. Проблемы, прогноз ситуации, пути развития, решения» (2002 г.), «Современная наука и образование в решении проблем экономики европейского Севера» (2004 г), на ежегодных научно-технических конференциях Архангельского государственного технического университета (2004-2007 г ), на международной научно-практической конференции в г Санкт-Петербурге «Современные техника и технологии очистки сточных вод и водоподготовки в целлюлозно-бумажной промышленности» (2007 г)
Публикации
По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ
Структура и объем диссертации
Глубокая очистка природных и сточных вод на биосорберах
Для отработки технологии глубокой доочистки на биосорберах проведены исследования по глубокому удалению нефтепродуктов, очистке сточных вод сернистого крашения и промышленно-ливневых вод предприятий азотной промышленности, картонно-бумажных комбинатов, предприятий текстильной промышленности от красителей, концентрированных сточных вод фабрик первичной обработки шерсти, промышленных свинокомплексов [69-72]. Во всех случаях биосорбер не только обеспечивал глубину очистки, не достижимую в аэротенке, но и существенно превосходил его по окислительной мощности.
В связи с неудовлетворительным состоянием водоисточников на территории России проблема глубокой очистки природных и сточных вод в последние годы приобрела особую актуальность. Поверхностные и подземные водоисточники настолько загрязнены веществами антропогенного происхождения (хлор- и фосфор- органическими соединениями, детергентами, пестицидами, нефтепродуктами, красителями и другими опасными химическими соединениями), что сооружения по водоподготовке не обеспечивают достижение нормативных требований.
Эффективность биосорберов в качестве барьерных сооружений при залповых поступлениях загрязнений объясняется тем, что в биосорберах одновременно протекают два процесса - адсорбция загрязнений и их биологическая регенерация. Наличие дополнительной адсорбционной емкости позволяет биосорберам удалять и аккумулировать в относительно короткие промежутки времени значительно большее количество загрязнений, чем может быть окислено биологическим путем: загрязнения извлекаются сорбентом, а затем постепенно окисляются бактериями и их ферментами, тем самым осуществляя биологическую регенерацию угля. Сравнение общей эффективности удаления загрязнений по компонентам на биосорберах и фильтрах свидетельствует о том, что по всем исследуемым компонентам биосорберы обеспечивают практически полное удаление. Также эксперимент показал, что длительная эксплуатация биосорберов без замены угля не отразилась на эффективности их работы. Наоборот, увеличилась глубина удаления некоторых соединений [73].
Созданием микробных смесей для решения проблем в области промышленной очистки сточных вод и защиты окружающей среды в настоящее время занимаются несколько компаний (ГУП «МосводоканалНИИпроект», «Novozymes Biologicals», «Nalco» и другие). Цель большинства из них заключается не в замене существующей биологической популяции активного ила, а в дополнении новых культур в целях повышения эффективности водоочистки. Предприятия-разработчики ведут разработку вопросов биоинтенсификации -усиления популяции бактерий водоочистных систем путем добавления активно растущих специализированных культур, наработанных для обеспечения повышенной интенсивности сокращения органических соединений или возможности разложения соединений, которые ранее считались неподдающимися разложению микроорганизмами [3]. Разрабатываемые компаниями селекционные процессы обеспечивают максимальную активность природных микробов, которая, как известно, зависит от способности культуры к расщеплению ряда компонентов. В связи с этим продукция разрабатывается на базе основных компонентов, присутствующих в системе очистки определенной промышленной отрасли [3-5].
На промышленных водоочистных установках иногда происходят сбои, в результате которых эффективность очистки резко снижается и приводит к высоким показателям ХПК, общему количеству твердых взвешенных частиц в воде после очистки и токсичности очищенной воды. На восстановление требуется от пяти до четырнадцати дней или даже больше, в зависимости от серьезности сбоя. По утверждениям фирм-производителей смесей микроорганизмов, биоинтенсификация с помощью специально наработанных культур помогает сократить время восстановления установки очистки промышленных сточных вод, испытавшей сбой и добиться стабильности [4]. Наработанные культуры имеют обогащенные ферментные структуры, позволяющие повысить общее усвоение органических соединений и взаимодействие с отдельными соединениями, что позволяет снизить ХПК на 16-18% [5]. Эти свойства явились результатом специальной адаптации при разработке. Также добавление смесей микроорганизмов в сточную воду помогает контролировать рост нитевидных бактерий, являющихся основной структурой ценообразования, конкурируя с ними за источники питания [4].
Следовательно, биоинтенсификация культурами может повысить общую производительность производства за счет повышения стабильности очистки вод, снижения частоты и серьезности сбоев, сокращения токсичности вод после очистки.
Таким образом, из краткого, далеко не полного обзора существующих методов очистки сточных вод следуют весьма важные выводы о широком разнообразии имеющихся технических решений, нашедших применение при обработке сточных вод самых различных классов.
Переход к более совершенному контролю за составом сточных вод возможен при расширении перечня измеряемых показателей загрязнения и использования методов биотестирования, которые позволяют обнаружить возможный источник определенного вещества в сточных водах, подаваемых на очистные сооружения и констатировать факт наличия токсичности воды.
Методы биотестирования сточных вод
Методика определения острой токсичности проб поверхностных пресных, сточных и очищенных сточных вод основана на снижении численности клеток (темпа роста) водорослей под воздействием токсических веществ, присутствующих в тестируемой воде, по сравнению с контрольной культурой в пробах, не содержащих токсических веществ (контроль) [99]. Численность водорослей определяется под микроскопом методом прямого счета в камере Горяева. Биотестирование проводится при температуре окружающего воздуха в люминостате от +22 до +25 С, освещение 3000-4000 лк. Численность водорослей в начале биотестирования должна составлять в каждой колбе 25-35 тыс. кл/см3. Проба воды, подлежащая биотестированию, должна иметь рН 7,0 - 8,5.
В экспериментах по определению острого токсического действия устанавливают безвредную (не вызывающую эффекта острой токсичности) кратность разбавления вод, содержащих смеси веществ, вызывающих снижение численности клеток водорослей не более чем на 20 % по сравнению с контролем за 96 часов экспозиции. При определении острой токсичности проб осуществляют трехкратную повторность, в том числе и при разбавлениях сточных и очищенных сточных вод. При определении острого токсического действия для каждого разведения по результатам трех параллельных определений вычисляют среднее значение численности клеток и рассчитывают относительное (в %) изменение численности клеток водорослей для каждого разведения по сравнению с контролем
Характеристика степени токсичности испытуемой воды: отклонение от контроля до 20 % - нетоксичная, от 20 % и более - острая токсичность. Стимуляция (противоположная угнетению реакция тест-объектов на воздействие токсикантов) до уровня 30 % по сравнению с контролем считается как нетоксичное действие испытуемой воды на тест-объект. При стимуляции более 30 % вода, признается токсичной, если в хроническом опыте на цериодафниях выявляется увеличение плодовитости рачков в тестируемой воде более чем на 30 % по сравнению с контролем.
Ошибки определения при анализе токсичности вод должны быть сведены к минимуму, для чего регулярно контролируют чувствительность используемых тест-организмов к модельному "эталонному" токсиканту [6]. В качестве модельного токсиканта для водорослей используется бихромат калия К2СГ2О7 (стандарт ТУ 6-09-2540 или х.ч. ГОСТ 4220-75).
Методика основана на определении смертности и изменений в плодовитости цериодафиий (Ceriodaphnia affinis, Cladocera, Crustacea) при воздействии токсических веществ, присутствующих в исследуемой водной среде, по сравнению с контрольной культурой в пробах, не содержащих токсических веществ (контроль) [100].
Острое токсическое действие исследуемой воды на цериодафиий определяется по их смертности за определенный период экспозиции. Критерием острой токсичности служит гибель 20% и более цериодафиий за 48 часов в ,исследуемой воде при условии, что в контроле гибель не превышает 10%.
Хроническое токсическое действие исследуемой воды на цериодафниях определяется по их смертности за период 7 и более суток (до появления третьего помета молоди в контроле). Критерием хронической токсичности служит гибель 20% и более тест-организмов и (или) достоверное отклонение в плодовитости из числа выживших по сравнению с контролем.
В качестве контрольной воды при биотестировании на цериодафниях для культивирования и разбавления исследуемых вод используется культивационная вода которая должна удовлетворять следующим требованиям: отсутствие органических загрязняющих веществ, хлора, токсических веществ, антагонистических для цериодафиий организмов (сине-зеленых водорослей) и пищевых конкурентов (простейших, многоклеточных); рН = 7,0-8,2; жесткость общая от 80 до 250 мг/дм3 (выраженная в СаС03); отсутствие углекислого газа, метана и др. газов; концентрация растворенного кислорода - не менее 6 мг/дм3; температура от +19 до +24 С. Культуру цериодафиий выращивают в климатостатс с определенными условиями по интенсивности света и часовом периоде. Определение токсичности контроля, каждой пробы без разбавления и каждого разбавления проводится в десяти параллельных сериях. Учет смертности цериодафнии в опыте и контроле проводят через каждый час до конца первого дня опыта, а затем 2 раза в сутки ежедневно до истечения 48 часов.
Для определения хронического токсического действия продолжается острый эксперимент с использованием контроля и серии разбавлений, в которых острое токсическое действие не проявилось. Определение токсичности каждой пробы и каждого разбавления проводится в 10 параллельных сериях со сменой растворов, хранящихся в холодильнике. Учет смертности и родившейся молоди в опыте и контроле проводят один раз в сутки ежедневно до конца хронического опыта. Хронический опыт считается законченным, если в контроле выжило 80 % испытуемых цериодафнии, а 60 % и более из них дали три поколения молоди. Для определения хронической токсичности воды рассчитывают: процент погибших цериодафнии в тестируемой воде для каждой серии разведений по сравнению с контролем; среднее количество родившейся молоди на одну самку; достоверное отклонение в количестве родившейся молоди на одну самку по отношению к контролю.
Влияние активных углей на степень очистки сточных вод
Не исключается, что это вызвано более высокой начальной загрязненностью стока, аэрируемого с илом 2-й ступени (ХПК 524 мг/л по сравнению с 398 мг/л для ила 1-й ступени). Учитывая, что исходная концентрация ила и в том, и в другом случае примерно одинакова (1,97 и 2,06 г/л), его могло не хватить для более глубокой ассимиляции органических веществ. Это подтверждается и неполным расходованием растворенного кислорода в модельных тенках с илом 2-й ступени (1,68 мг/л в стоке без добавки и 1,04 мг/л в стоке с добавлением штаммов). К тому же, сток загрязнен специфическими загрязнениями, которые могут оказывать друг
на друга сииергетическое и антагонистическое действие, что, как раз, и может отражаться как на жизнедеятельности микроорганизмов активного ила, так и на ответной реакции тест-организмов.
Несколько необычно по сравнению с полученными ранее результатами (подпункт 3.3.2.1, 3.3.2.2) изменяется рН стока III очереди в процессе аэрирования как с одним активным илом, так и с добавлением биопродукта. В первые часы рН заметно снижается (до 7,16) и лишь через 8 часов от начала аэрации приближается (но не достигает) к исходному значению (8,12, исходное значение 8,71). Вероятно, биологическая деградация загрязнений сточных вод в первые часы сопровождается образованием карбоновых кислот, которые в последующем подвергаются расщеплению экзоферментами микроорганизмов активного ила и биодобавки. Обычно подобное наблюдается при дефиците растворенного кислорода в аэрируемой воде (в конце аэрирования стока III очереди с илом 1-й ступени содержание растворимого кислорода (Ог) 0,24 мг/л), когда активный ил переходит в аэробно-анаэробное состояние, а значит, склонен продуцировать карбоновые кислоты вследствие ацидоферментного брожения. Однако в случае аэрирования воды с биодобавками подобный процесс сглаживается и протекает в меньшей степени.
Эффективность добавок биопродукта проявляется на данном стоке при дозах 30 и 40 мг/л, хотя повышение доз с 30 до 40 мг/л практически не сказывается на степени очистки воды по ХПК, если продолжительность аэрации составляет 5 часов и более. Аналогичным образом и в отношении илового индекса, характеризующего склонность ила к уплотнению. Уже при дозировке биопродукта 20 мг/л наблюдается высокая степень осветления воды при отстаивании и отделении ила: при аэрировании стока как с илом 1-й ступени, так и с илом 2-й ступени содержание взвешенных в осветленной воде минимально и составляет 4 и 7 мг/л соответственно.
Таким образом, внесение штаммов в аэрируемый сток с активным илом, как 1-й, так и 2-й ступени, благоприятно сказывается на очистке сточных вод. 3.3.2.4 Изучение влияния биопродукта и хозяйственно-бытовых вод на динамику изъятия загрязнений
Токсичное или неблагоприятное воздействие на активный ил разнообразных загрязняющих веществ усиливается, если в очищаемых сточных водах недостает легкоокисляемых органических соединений, характеризуемых показателями ХПК в фильтрованной пробе или БПК первых дней инкубации. Часть органических веществ, непрерывно поступающих со сточными водами, окисляется, а другая обеспечивает прирост бактериальной массы активного ила. На вторую ступень биологической очистки поступают сточные воды, обедненные легкоокисляемыми веществами, изымаемыми на 1-й ступени. Эти вещества, как известно, являются своеобразными энергетическими компонентами, обеспечивающими энергетические затраты микроорганизмов в процессе их жизнедеятельности. Отсутствие достаточного энергетического питания снижает активность микроорганизмов, проявляемую в выработке ими как экзо-, так и эндоферментов. Это сказывается, в свою очередь, на степени изъятия загрязнений из сточных вод. Наиболее сбалансированными по содержанию «энергетических» веществ являются хозяйственно-бытовые сточные воды. Известно, что вещества сточных вод сульфатцеллюлозных предприятий, попадающие в системы производственной очистки и сорбирующиеся на активном иле, образуют комплексы, токсичность которых значительно снижается (вплоть до полной нейтрализации) в присутствии хозяйственно-бытовых вод [6]. В связи с этим мы решили проверить влияние хозяйственно-бытового стока на показатели очистки сточных вод, а также исследовать влияние на этот процесс вносимого биопродукта. При обсуждении плана работы по данной теме было высказано предположение, что перераспределение хозяйственно-бытового стока, подача части его на 2-ю ступень биологической очистки, минуя 1-ю (усреднители), позволит улучшить очистку сточных вод в аэротенках-вытеснителях перед их сбросом в водоем.
Экспериментальное исследование по перераспределению хозяйственно-бытового стока проводили на сточных водах, прошедших цикл биологической очистки в аэротенках-смесителях на 1-й ступени. В сток перед аэрацией в модельных тенках вводили хозяйственно-бытовые сточные воды (ХБ) и штаммы биодобавки (ШТ). Дозировка биодобавки составляла 40 мг/л. Аэрацию осуществляли во всех случаях с использованием активного ила 2-й ступени. Начальная концентрация активного ила поддерживалась на уровне 2 г/л.
Токсикологическая оценка, проводимая по биологическим тестам, которые позволяют оценить биологическую полноценность исследуемой воды, даёт следующие результаты. Сток после 1-й ступени очистки при добавлении 5 %-ов хозяйственно-бытовых вод от объема основного потока сточных вод (указанные 5 % составляют примерно половину всех хозяйственно-бытовых сточных вод, поступающих на биологическую очистку ЦБК) становится менее токсичным на 4% от исходной воды, а внесение 10 %-ов хозяйственно-бытовых вод от общего стока уменьшают токсичность стока на 13 % для водорослей Scenedesmus guadricauda (рисунок 3.26). Не исключается, что улучшение очистки может быть вызвано разбавлением исследуемого стока хозяйственно-бытовым. Добавка только хозяйственно-бытовых вод в сток после 1-й ступени биологической очистки дает высокую стимуляцию роста численности клеток водорослей Scenedesmus guadricauda, что не желательно и говорит о большом количестве питательных веществ в хозяйственно-бытовом стоке для тест-организмов.
Схема очистки с перераспределением хозяйственно-бытовых вод
В реактор-мешалку узла приготовления угольной суспензии (поз. 20) подается активный уголь и водопроводная вода, где происходит их перемешивание около одного часа постоянно подаваемым сжатым воздухом для намокания угля. Дозатором (поз. 21) регулируется подача угольной суспензии как в аэротенк первой ступени, так и в аэротенк второй ступени. На биосорбционную очистку необходимо подавать угольную суспензию из расчета 25 г АУ на 1 м сточной воды.
Таким образом, разовый расход угольной суспензии на I и II ступени биосорбционной очистки сточных вод составит 16 т/сут. Ежесуточно необходимо восполнять только потери угля с избыточным илом, а именно 0,9 т/сут.
Для запуска процесса биосорбционной очистки дозирование угольной суспензии осуществляется из расчета 3,330 м /час: активного угля вносится (насыпная плотность ЛУ = 0,2 т/м3): 0,333 т/час : 0,2 т/м3 = 1,665 м3/час, водопроводная вода добавляется из расчета 1:1. Для ежесуточного восполнения потерь активного угля с избыточным илом угольную суспензию готовим в мешалке объемом 0,4 м и подаем на I и II ступени очистки из расчета 0,376 м3/час: активного угля вносится: 0,0375 т/час : 0,2 т/м3 = 0,188 м3/час, водопроводная вода добавляется из расчета 1:1. 4.3 Очистка сточных вод с добавлением биопродукта Очистка сточных вод с добавлением биопродукта включает следующие стадии и сооружения (рисунок 4.1): узел приготовления суспензии микроорганизмов (поз. 22); дозатор суспензии микроорганизмов в аэротенки (поз. 23); Состав сооружений первой и второй ступеней очистки сточных вод с добавлением биопродукта не меняется, то есть как при биологической очистке сточных вод (как и при биосорбционной очистке стоков).
В реактор-мешалку узла приготовления суспензии микроорганизмов подается сухой биопродукт и водопроводная вода, где происходит их перемешивание продолжительностью 30 минут постоянно подаваемым сжатым воздухом, что обеспечивает активирование штаммов микроорганизмов. Дозатором и задвижками регулируется подача суспензии как в аэротенк первой ступени, так и в аэротенк второй ступени. Подача суспензии осуществляется один раз в 10 дней: сначала подаем суспензию микроорганизмов в аэротенк I ступени, затем в аэротенк II ступени.
На биологическую очистку необходимо подавать суспензию микроорганизмов из расчета 40 мг/л сточной воды. Разовый расход биопродукта в аэротенк I ступени при дозировании суспензии один раз в 10 дней: Объем аэротенка = 11701 м3 Объем регенератора = 22714 м3 Общий объем = 34416 м3; 34416 м3х(40хЮ 6)т/м3= 1,38 т. Расход биопродукта в аэротенк I ступени очистки в год составляет 49,68 т. Разовый расход биопродукта в аэротенк II ступени при дозировании суспензии один раз в 10 дней: Объем аэротенка = 27005 м Объем регенератора = 17598 м Общий объем = 44604 м3; 44604 м3 х (40х Ю-6) т/ м3 = 1,78 т. Расход биопродукта в аэротенк Пступени очистки в год составляет 64,22 т. Всего расходуется биопродукта в аэротенки I и II ступени очистки 113,904 т/год.
Реактор-мешалку в узел приготовления суспензии микроорганизмов устанавливаем объемом 50 м из расчета наибольшего приготовления количества суспензии (количество суспензии для аэротенка II ступени очистки), разбавления сухой суспензии водой 1:20 и коэффициента заполняемое аппарата 0,75:
Целесообразной схемой очистки сточных вод ЦБП является схема с перераспределением потоков сточных вод, а именно 50% хозяйственно-бытовых сточных вод, поступающих на очистку, предлагаем подавать непосредственно на 2-ую ступень, минуя 1-ую, что приведет к улучшению энергетического баланса жизнедеятельности активного ила (рисунок 4.1). Подача хозяйственно-бытового потока в аэротенк второй ступени регулируется задвижкой.
Рассчитаем экономический эффект по снижению загрязнений сточных вод предприятия при использовании активного угля для очистки сточных вод. Ежегодный расход угля будет складываться из разового расхода и ежесуточного восполнения потерь: Экономическая эффективность при введении активного угля для очистки сточных вод с учетом полученных экспериментальных данных представлена в таблице 5.1.
Рассчитаем экономический эффект по снижению загрязнений сточных вод предприятия при использовании штаммов микроорганизмов для очистки сточных вод.
Для поддержания необходимого количества штаммов биопродукта на ступенях очистки при введении суспензии микроорганизмов (из расчета 40 мг/л) один раз в 10 дней сухого биопродукта расходуется 113,904 т/год (подраздел 4.3). Себестоимость биопродукта 100 тысяч рублей за 1 тонну. Тогда, затраты на биопродукт составят: 113,904 т/год х 100 тыс.руб./т = 11,39 млн. руб./год.
Введение биопродукта в сточную воду на обе ступени биологической очистки один раз в 10 дней экономически не эффективно. Наиболее выгодно дозирование штаммов микроорганизмов 1 раз в месяц:
расход биопродукта на I -ую и Н-ую ступень биологической очистки составит 37,92 тонны в год. Тогда затраты на биопродукт составят 3792 тыс.руб/год.
Экономическая эффективность при введении биопродукта для очистки сточных вод 1 раз в месяц представлена в таблице 5.2 с учетом, что технико-экономические показатели будут близки к полученным нами экспериментальным путем, что необходимо подтвердить дальнейшими исследованиями.
Методы биотестирования экономически целесообразно применять для характеристики сточных вод ЦБП (таблица 5.3), что дает возможность получения наиболее полной информации (анализ опасного воздействия химического загрязнения на жизнедеятельность водных организмов, причем не по отдельным компонентам, а по их смесям) при затратах примерно в 2 раза меньших, чем при определении химико-аналитическими методами. К тому же, определение полного перечня присутствующих химических веществ в сточных водах современными аналитическими методами продолжительная, трудоемкая и не всегда выполнимая процедура учитывающая эффектов синергизма и антагонизма химических соединений, имеющихся в сточных водах. Затраты на (из-за отсутствия методик и специального оборудования), не выполнение химико-аналитического контроля (одна проба исследуемой воды анализируется 2 раза в неделю): 3395 руб х 52 нед/год х 2 раза/нед = 353080 руб/год.
Затраты на выполнение токсикологического контроля (одна проба исследуемой воды анализируется 2 раза в неделю): 1860 руб х 52 нед/год х 2 раза/нед = 193440 руб/год. Экономическая эффективность: 353080 - 193440 = 159640 руб/год.
