Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I Литературный обзор 9
1.1 Полиэлектролиты, назначение, свойства, модификации 9
1.2 Физические свойства и строение полиаминов на примере полиЭХГДМА и поли ДАДМАХ 15
1.3 Технологический процесс получения полиЭХГДМА 18
1.4 Применение полиЭХГДМА в различных отраслях промышленности 20
1.5 Технологический процесс очистки сточных вод на биологических очист-ных сооружениях ОАО «БСК» 26
1.5.1 Отстаивания сточных вод на очистных сооружениях 26
1.5.2 Обезвоживание осадков сточных вод на очистных сооружениях 27
1.5.3 Биологическая очистка сточных вод на очистных сооружениях 35
ГЛАВА II Обсуждение результатов 39
2.1. Синтез водорастворимого катионного полиэлектролита из эпихлоргидри на и диметиламина. Подбор оптимальных условий 39
2.2 Применение синтезированного полиЭХГДМА на БОС ОАО «БСК» 48
2.2.1 ПолиЭХГДМА – как реагент в процессе отстаивания сточных вод 49
2.2.2 ПолиЭХГДМА в процессе обезвоживания осадков сточных вод 53
2.2.3 Статистический анализ аналитического контроля и расхода реагентов 60
2.3 Влияние полиЭХГДМА на биохимическую активность микроорганизмов 63
2.3.1 Исследование влияния флокулянта полиЭХГДМА на активный ил 67
2.3.2 Исследование структуры временных рядов показателей качества ила 73
2.4 Мониторинг состояния водного объекта р. Белая в районе г. Стерлитамак 80
2.4.1 Мониторинг качества воды р.Белая до и после БОС за 2005-2010 гг. 81
2.4.2 Изучение корреляционной зависимости изменения показателей качества воды до и после сброса очищенных сточных вод в р. Белая 82
2.4.3 Исследование структуры временных рядов показателей качества р.Белая 84 2.4.4 Прогнозирование загрязнения р.Белая с использованием математическо- 89
го моделирования
ГЛАВА III Экспериментальная часть
3.1 Методика экспериментов по синтезу полиэлектролита из ЭХГ и ДМА 93
3.2 Методика расчета загрузки реагентов ЭХГ и ДМА в процессе синтеза 94
3.3 Методика ИК-спектральных исследований образцов полиЭХГДМА 98
3.4 Методика экспериментов по флокуляции сточных вод полиЭХГДМА 100
3.4.1 Методика очистки промышленных сточных вод с применением флоку-лянтов полиДАДМАХ и полиЭХГДМА 101
3.4.2 Методика флокулирования осадков сточных вод с обезвоживанием 102
3.5 Физико-химические методики анализа показателей качества активного ила 104
3.5.1 Микроскопирование активного ила 107
3.6 Методы расчетов статистического анализа состояния водного объекта 108
3.6.1 Методы описательной статистики 108
3.6.2 Метод анализа временных рядов 109
3.6.3 Методы корреляционно-регрессионного анализа 112
Выводы 116
Список литературы 1
- Технологический процесс получения полиЭХГДМА
- Обезвоживание осадков сточных вод на очистных сооружениях
- ПолиЭХГДМА в процессе обезвоживания осадков сточных вод
- Методика очистки промышленных сточных вод с применением флоку-лянтов полиДАДМАХ и полиЭХГДМА
Введение к работе
з
Актуальность темы. Водорастворимые высокомолекулярные соединения являются интересными для науки и практики, поскольку структура подобных полимерных веществ предполагает наличие определенных функциональных фрагментов, обеспечивающих проявление широкого многообразия свойств: комплексообразующих, сорбционных, каталитической активности. К числу таких соединений относятся и некоторые представители аминосодержа-щих полимеров, в частности полиэлектролит, получаемый из эпихлоргидина и диметиламина (полиЭХГДМА), отличающийся от многих других полиэлектролитов тем, что высокий катионный заряд, необходимый для дестабилизации отрицательно заряженных коллоидных частиц, расположен на главной молекулярной цепи. Он используется в качестве эффективного флокулянта в нефтехимической и химической промышленности, для очистки промышленных оборотных и сточных вод, растительных масел, сахара, для осаждения полимерных латексов.
Несмотря на большое количество работ, посвященных исследованию процесса синтеза полиэлектролитов, в настоящее время представляет интерес получение полимеров с улучшенными свойствами, в целях их практического использования для решения конкретных задач на нефтехимических производствах. В этой связи исследование возможности изменения свойств синтетического полиэлектролита ЭХГДМА в процессе его получения, а также использование его в качестве флокулянта для очистки сточных вод хлорорга-нического производства является важной и актуальной задачей.
Цель работы: изучение условий синтеза и исследование свойств полиэлектролита из эпихлоргидрина (ЭХГ) и диметиламина (ДМА) при различной последовательности ввода исходных компонентов и расширение возможностей его практического применения в процессах флокуляции сточных вод, образующихся при производстве хлорорганических соединений.
4 Задачи исследования:
разработка и усовершенствование метода получения полиЭХГДМА при изменении условий синтеза;
исследование структуры синтезированных соединений полимера ЭХГДМА при различной последовательности вводимых компонентов (ДМА к ЭХГ и ЭХГ к ДМА), методом ИК-спектроскопии;
применение синтезированного полиЭХГДМА в процессах отстаивания и обезвоживания сточных вод хлорорганического производства, в качестве флокулянта;
оценка влияния остаточного содержания полиЭХГДМА на биохимическую активность микроорганизмов, используемых на этапе биологической очистки сточных вод.
Научная новизна. Впервые разработан способ получения высокомолекулярного катионного полиэлектролита из ЭХГ и ДМА для очистки сточных вод хлорорганического производства. На основе экспериментальных исследований установлены оптимальные условия и параметры процесса синтеза полиэлектролита;
Предложен усовершенствованный метод получения полиэлектролита ЭХГДМА, заключающийся в вводе с определенной последовательностью исходных компонентов для получения полимера с необходимой вязкостью;
Установлено влияние температуры синтеза на показатель динамической вязкости полиэлектролита, обуславливающий эффективность его применения в процессе очистки сточных вод хлорорганического производства.
Выявлено, что последовательность ввода исходных веществ не оказывает заметного влияния на структуру получаемого полиэлектролита ЭХГДМА, но влияет на показатель динамической вязкости, расширяя границы его применимости;
Установлено отсутствие негативного влияния синтезированного полиэлектролита ЭХГДМА на жизнедеятельность микроорганизмов и на биохимическую активность ила в процессе биологической очистки сточных вод.
Практическая ценность. Проведены испытания по применению синтезированного полиэлектролита ЭХГДМА в лаборатории ОАО «Башкирская содовая компания» и показана возможность использования в процессах отстаивания и обезвоживания сточных вод хлорорганического производства.
ПолиЭХГДМА внедрен в качестве флокулянта на биологических очистных сооружениях ОАО «Башкирская содовая компания», с целью достижения максимальной степени очистки сточных вод (до 95%), уменьшения расход реагента «Праестол-853 BS», используемого при механическом обезвоживании осадков с первичных радиальных отстойников.
Определено отсутствие негативного влияния остаточного полиЭХГДМА на биохимическую активность микроорганизмов. Установлен предел остаточного содержания полиэлектролита, не оказывающий токсического воздействия на активный ил (не более 0,24 мг/дм ).
Апробация работы. Результаты исследований представлялись на 62-ой Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (Уфа, 2011), Всероссийской молодёжной научной конференции «Мав-лютовские чтения» (Уфа, 2010, 2011), VIII Республиканской конференции молодых ученых «Научное и экологическое обеспечение современных технологий» (Уфа, 2011), Международной научно-технической конференции «Радиоэкология. Новые технологии обеспечения экологической безопасности» (Уфа, 2012), Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные инженерные проблемы химических и нефтехимических производств» (Нижнекамск, 2013).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 статей, в том числе 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК для публикации, 8 тезисов докладов на конференциях различного уровня.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части и выводов. Материал изложен на 130 страницах машинописного текста, содержит 22 таблицы, 28 рисунков. Список литературы включает 154 наименований.
Технологический процесс получения полиЭХГДМА
При высоких значениях рН реакция гидролиза ввиду образования ионов ОН" смещается влево, и образуется неионный полимер. На рисунке I показано, как определенный полиамин теряет свою ионообменную емкость при повышении рН [6].
В отличие от этого, свойства четвертичных полимеров почти не зависят от величины рН, эти полимеры остаются положительно заряженными в широких пределах значений рН. Ионы водорода смещают реакцию влево, и при низких значениях рН анионные полимеры становятся неионными. Ионные свойства полиэлектролитов - это лишь один из факторов, определяющих возможность применения этих веществ в качестве коагулянтов и флокулянтов. Другие факторы, например, полярный характер неионных связей в молекуле, размер и форма молекулы, также могут иметь важное значение, а в некоторых случаях - даже более важное, чем заряд и плотность заряда [7]. Рисунок 1 – Потеря катионных свойств третичными полиаминами при повышении pH и относительная независимость четвертичных аминов, применяемых в качестве коагулянтов, от величины pH.
Высокомолекулярные неионные полимеры, благодаря своей способности притягивать и удерживать коллоидные частицы на полярных участках молекулы, являются эффективными флокулянтами во многих системах. Более того, благодаря размеру их молекул, они способны к образованию мостиковых связей между многочисленными мелкими частицами. При применении органических полимеров образуется меньшее количество осадка, чем при применении неорганических солей, так как они не увеличивают массу осадка и не образуют химических связей с другими ионами в воде, что могло бы привести к образованию осадка. Органические полимеры не оказывают влияния на величину рН воды, и при их использовании корректировка этой величины, не требуется [8].
На основе вышесказанного можно сделать вывод, что катионные полимеры, как правило, используются при низких значениях рН, а анионные - при высоких. Величина рН почти не оказывает влияния на свойства неионных и четвертичных полимеров. Однако из этого общего правила не следует, что анионные полимеры не могут применяться при низких значениях рН - это означает, что эти полимеры уже не являются ионными. Они могут успешно использоваться в процессах фло-куляции твердых частиц при низких значениях рН, благодаря лишь своим неионным связям. То же самое можно сказать о катионных полимерах; даже если они при высоких значениях рН не приобретают заряда, они могут служить эффективными коагулянтами, благодаря своим полярным группам. До появления в 60-х годах синтетических органических полимеров коагуляция производилась с использованием неорганических коагулянтов, таких как сульфат алюминия и хлорид железа. Вначале полимеры использовались как добавка к неорганическим для более интенсивного образования хлопьев. Сегодня эти полимеры применяются как основные коагулянты, полностью или частично заменяя неорганические. Они оказались более экономичными в широком диапазоне процессов, включая осаждение, флотацию и фильтрацию. В этих применениях полимеры доказали свою способность стабильно обеспечивать качество очищенной воды, соответствующее установленным стандартам, при оптимальной надежности, эффективности и экономичности.
По сравнению с неорганическими коагулянтами, полимерные коагулянты обладают следующими преимуществами:
При использовании органических полимеров удается избежать многих проблем, возникающих, например, при применении неорганических. Эти полимеры состоят из длинноцепочечных органических молекул, которые образованы из множества одинаковых небольших структурных блоков, называемых мономерами. Изменение молекулярного веса всегда свидетельствует о переходе к другому веществу и сопровождается заметным изменением свойств. С переходом от одного представителя гомологического ряда к другому (т. е. с изменением величины молекулярного веса) физические свойства веществ изменяются настолько, что, пользуясь этим изменением, удается отделить гомологи друг от друга.
На рисунке 2 показаны кривые распределения по молекулярному весу двух полимеров с одинаковой средней степенью полимеризации, но с различной полидисперсностью. Полимер, который характеризуется кривой 1, более однороден по молекулярному весу, чем полимер с кривой распределения 2.
Степень полидисперсности является не менее важной характеристикой полимера, чем средний молекулярный вес. С изменением физических свойств по мере увеличения молекулярного веса непосредственно связана еще одна особенность высокомолекулярных соединений. С увеличением молекулярного веса давление паров химических соединений уменьшается и задолго до достижения значений молекулярных весов, характерных для высокомолекулярных соединений, падает практически до нуля. При нагревании высокомолекулярных соединений не наблюдается заметной летучести, а при определенной температуре наступает термическое разложение вещества с разрывом химических связей и перегруппировкой атомов. Высокомолекулярные соединения практически нелетучи и не могут быть переведены в газообразное состояние.
В отличие от низкомолекулярных соединений, для которых известны три агрегатных состояния: твердое тело, жидкость, газ, — для высокомолекулярных соединений известны только два агрегатных состояния: твердое тело, жидкость. В зависимости от выбора типа мономера и способа его превращения в полимер могут быть получены полимеры самой различной конфигурации и с разным молекулярным весом. Молекулярный вес пропорционален длине цепи полимера. Широкий выбор структур и молекулярных весов обеспечивает возможность получения полимера с заданными свойствами в зависимости от условий каждого конкретного процесса коагуляции и флокуляции, однако это не практикуется из экономических соображений [9]. За счет управления последовательностью добавления мономера в реактор можно менять молекулярную массу в пределах от 10000 до 1000000.
Химические превращения полимеров дают возможность создавать многочисленные новые классы высокомолекулярных соединений и в широком диапазоне изменять свойства и области применения готовых полимеров.
Лучше всего изучены химические свойства природных высокомолекулярных соединений (целлюлозы, крахмала, белков), которые были известны за много десятков лет до появления синтетических полимеров. Наибольшее внимание уделялось химическим превращениям целлюлозы, обладающей ценными техническими свойствами и являющейся наиболее широко распространенным природным органическим полимером [10].
С появлением синтетических полимеров, единственным способом изменения их состава и свойств был подбор новых исходных иономеров. Однако, некоторые полимеры нельзя получить непосредственным синтезом из низкомолекулярных соединений вследствие неустойчивости этих мономеров. Так, например, поливиниловый спирт, используемый для производства синтетического волокна, а также в качестве эмульгатора, для шлихтовки тканей и в пищевой промышленности, не может быть получен полимеризацией мономера. Его получают омылением готового полимера — поливинилацетата [11].
Дубление белков, обеспечивающее возможность их технического использования, также основано на химическом взаимодействии белков с альдегидами или другими бифункциональными соединениями. Наконец, к химическим пре 15 вращениям относится направленная деструкция полимеров, часто применяемая для регулирования молекулярного веса полимеров, перерабатываемых в различных отраслях промышленности. Механическая деструкция полимеров используется в промышленном масштабе для изменения физико-химических свойств полимеров, а также для синтеза новых типов сополимеров [12].
Несмотря на широкое промышленное использование химических превращений полимеров, до сих пор не проводилось достаточно систематических исследований их химических свойств, и в химии высокомолекулярных соединений главное внимание уделялось методам синтеза полимеров лишь в последние годы реакции высокомолекулярных соединений является предметом большого числа исследований, которые должны открыть новые возможности синтеза полимеров с ценными свойствами, а также помочь в выяснении механизма превращений высокомолекулярных соединений в живой природе [13].
Обезвоживание осадков сточных вод на очистных сооружениях
В этой связи исследование возможности изменения свойств синтетического полиэлектролита ЭХГДМА в процессе его получения, а также использование его в качестве флокулянта для очистки сточных вод хлорорганического производства является важной и актуальной задачей.
Известные способы получения линейных поличетвертичных солей на основе ЭХГ имеют существенные недостатки.
Например, в способе [77] получения полиЭХГДМА из эпихлоргидрина и бифункциональных вторичных аминов полученный продукт имеет низкое качество в виду высокого содержания вредных 1,3 и 2,3-дихлоргидринов глицерина и остаточного ЭХГ.
Согласно [78] при введении в реакцию с ЭХГ водного раствора ДМА наблюдается образование 1,3 бис (диметиламино) – 2 – пропанола следующей структуры: (СH3)2N – CH2 –CH(OH) –CH2– N(СH3)2 (6) Согласно [79] опубликованы противоречивые данные (схема 2) по полимеризации в процессе синтеза диэтиламина ДЭА (аналог ДМА) с ЭХГ с образованием: эпихлоргидрин диметиламин полиЭХГДМА
С целью установления связи между последовательностью ввода исходных компонентов, физико-химические свойства которых представлена в таблице 3 и свойствами получаемого полимера, нами была проведена серия экспериментов. Таблица 3 – Физико-химические свойства исходных компонентов
Синтез проводили в четырехгорлой колбе, снабженной обратным холодильником, мешалкой, капельной воронкой и карманом для термометра. Температуру реакционной массы поддерживали путем погружения колбы в термостатированную жидкость. Реакционную массу анализировали на следующие показатели: массовая доля активного вещества, содержание ионов хлора, динамическая вязкость, водородный показатель, плотность, температура застывания по стандартным методикам, а также содержание остаточных ЭХГ и ДМА (массовую долю примесей) определяли хроматографически [80]. Основной характеристикой получаемого полиэлектролита является молекулярная масса, одним из показателей, характеризующим величину молекулярной массы, может служить вязкость раствора полимера. Молекулярная масса, в большинстве случаев, определяется условиями синтеза полимера [81]. Нами исследовано влияние последовательности дозировки компонентов и температуры ведения процесса на динамическую вязкость полимера. Условия проведения процессов синтеза и показатели лабораторных образцов полиэлектролита ЭХГДМА представлены в таблицах 4,5.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что дозировка ДМА в ЭХГ позволяет получить продукт с более высокой вязкостью (таблица 6), по сравнению с продуктом, получаемым дозировкой ЭХГ в ДМА, что объясняется тем, что при дозировке водного раствора ДМА в ЭХГ получаемая макромолекула растет внутри водной капли до тех пор, пока не израсходуется имеющийся растворенный ДМА. Во втором случае вероятность получения длинноцепочечных полимеров снижается по причине того, что получаемый полимер растворяется в гораздо большем по сравнению с первым случаем, количестве водной фазы. Кроме того, в первом случае возможно взаимодействие растущих цепей, во втором, этот процесс менее вероятен [82].
С целью сравнения рассмотренных способов введения исходных реагентов в зону реакции с позиций полноты их расходования нами проведено определение остаточного содержания ЭХГ и ДМА в полученном растворе полимеров, а также содержания побочных продуктов. Результатами эксперимента установлено, что содержание остаточного ЭХГ в полимере, синтезированного при дозировке ЭХГ в ДМА, в 10-100 раз больше, чем при ДМА в ЭХГ обратной дозировке. Кроме того, при способе дозировки ЭХГ к ДМА, значительно увеличивается содержание побочных продуктов -1,3-дихлор-2-пропанола, 2,3-дихлор-1-пропанола (ДХПолы).
Вышеуказанный результат получения полиэлектролита на основе эпихлор-гидрина и диметиламина достигается особенностью ведения синтеза, заключающейся в том, что 24,3 %-ный и 33%-ный водный раствор диметиламина нагревают до температуры 40-49 0С и при этой температуре дозируют эпихлор-гидрин в мольном соотношении 1:1 в течении 3 часов, либо к нагретому до 40-490С эпихлогидрину дозируют 24,3% и 33-% водный раствор диметиламина, после чего реакционную массу выдерживают при 600С в течении 1,5-2 часов. Время выдержки определяется результатами анализов на содержание хлор иона и вязкости.
Влияние температуры процесса на динамическую вязкость определяли в диапазоне температур от 60 до 800С (таблица 7), что связано со значительным увеличением времени процесса синтеза при температуре ниже 600С (более 8 часов). Увеличение температуры полимеризации от 60 до 800С приводит к снижению вязкости с 142,5 до 110 сПз, что по-видимому связано с увеличением вероятности образования побочных продуктов при увеличении температуры.
Предложено осуществление процесса синтеза в реакторе, представляющем собой вертикальный аппарат, снабженной якорной мешалкой и рубашкой теплообмена, через которую циркулирует холод 50С. После дозирования водного раствора ДМА (33%), включают мешалку и производят дозирование ЭХГ, с такой скоростью чтобы температура в реакторе, регулируемая клапаном подачи холода в рубашку реактора, поддерживалась на уровне 600С. Дыхание реактора осуществляется через обратный холодильник, охлаждаемый холодом +50С. По окончании дозировки эпихлоргидрина, реакционная масса в реакторе выдерживается при ра ботающей мешалке без подачи холода в рубашку теплообмена, время которого контролируется снижением температуры с 600С до 200С. Готовый продукт из реактора анализируется на соответствие показателей ТУ [15] и сливается в емкость.
С целью подтверждения структуры полимерного продукта полиЭХГДМА, синтезированного двумя (I-ДМА к ЭХГ; II- ЭХГ к ДМА) способами, проведены ИК-спектральные исследования.
ИК-спектры анализируемых образцов показаны (прибор Nicolet 6700 фирмы «Thermo Electron Corporation» (США) с помощью приставки Smart Orbit в области 400-4000 см-1). Отнесение полос в ИК-спектрах проводили согласно [84-86].
ПолиЭХГДМА в процессе обезвоживания осадков сточных вод
В результате анализа экспериментальных данных, выявлено, что патологических изменений в активном иле не наблюдается, состояние ила в основном удовлетворительное. Остаточная концентрация полиЭХГДМА в первичных отстойниках и после нее находится в пределах нормы и не оказывает негативного влияния на жизнедеятельность микроорганизмов. Видовой состав простейших разнообразен: сопрафитные грибы, тионовые бактерии, кокковые бактерии зеленые, диатомовые водоросли, клубочки нитчатых. Присутствуют простейшие – инфузории Vorticella, Aspidisca, Carchesium, Turicola, коловратки Cathypna luna присутствуют в циста форме, Rotatoria, Notommata ansata, в увеличенном количестве простейшие организмы Zoogloea, мелкие бесцветно жгутиковые, большое количество механических скоплений.
Кроме того, установлено, что при дозе коагулянта от 0,04 мг/л до 0,08 мг/л происходила коагуляция, хлопья ила уплотнялись и не просматривались при мик-роскопировании. При дозе коагулята не более 0,24 мг/л коагуляции не наблюдалось, состояние ила осталось удовлетворительным. После двух часов отстаивания всплытие ила не наблюдалось ни в одной емкости, прироста ила не происходило.
Таким образом, установлено, что доза флокулянта не оказывающая острого токсического воздействия составляет 0,24 мг/л.
На фоне общих закономерностей биоценоз активного ила на каждом очистном сооружении своеобразен и уникален по своей структуре и адаптационным свойствам, поскольку состав сточных вод и режим эксплуатации каждого конкретного сооружения специфичен, а их конструкция относится к одному из нескольких определённых типов.
Таким образом, на формирование биоценоза, его структуру оказывают влияние проектные параметры, состав сточных вод и соблюдение технологического режима эксплуатации очистных сооружений, где решающее значение имеет поддержание необходимого качества и количества активного ила, которые определяются такими показателями как доза ила, иловой индекс, зольность [107].
Также при индикаторной оценке процесса биологической очистки следует учитывать и сезонные изменения биоценоза ила.
Летний биоценоз активного ила при прочих равных условиях (состав сточных вод, режим эксплуатации сооружений) по видовому составу несколько богаче зимнего. Смена биоценоза по сезонам года происходит по закону гетерогенной сукцессии, однако, на крупных очистных сооружениях, в условиях горячего водоснабжения, сезонные изменения менее значительны.
Для очистки большинства городских сточных вод концентрация активного ила в аэротенке должна составлять 1,5 – 2,5 г/л, однако если вторичные отстойники удовлетворительно работают при больших дозах, концентрация ила может быть увеличена при условиях сохранения нормальных нагрузок на ил.
Экспериментальные исследования выполнены на основе данных ежедневных химических анализов показателей качества активного ила, проводимых лабораторией БОС ОАО «БСК» (период с 2007 – 2010гг.).
Согласно значениям концентрации (рисунок 14) активного ила в течении трехлетнего периода показатель дозы активного ила колеблется в пределах 0,96-4,98 по первой биологии, 0,85—3,98 по линии второй биологии. При использовании полиЭХГДМА при очистке сточных вод значение дозы активного ила сильно не отличается,
Доза активного ила меняется по сезонам года (рисунок 16). Наивысшие концентрации в первой и второй биологии наблюдаются в осенне-зимние месяцы. Повышение дозы ила в холодный период интенсифицирует процесс очистки и стабилизирует сложившийся биоценоз при возможных нарушениях условий эксплуатации сооружений (рисунок 15).
Однако избыточно высокая доза активного ила осложняет работу вторичных отстойников, увеличивает вынос с очищенной водой продуктов метаболизма микроорганизмов, снижает активность ила [108]. Сезонные минимумы приходятся на летний период, в теплое летнее время преобладают процессы энергетического обмена, тем самым прирост ила снижается.
Оценивая вклад каждой из компонент в изменчивость показателя «концентрация ила»(таблица 18), можно сделать вывод что наибольший вклад в изменчивость показателя «концентрация ила» вносится за счет случайных колебаний для первой (64%) и второй (71%) биологии.
Показателем качества активного ила является способность его к оседанию, оцениваемая значением илового индекса, представляющего собой объем активного ила в миллилитрах после 30-минутного отстаивания, который относят к 1 г сухого вещества ила [108].
Глубоко минерализованный ил имеет индекс 60-90, нормальным считается иловый индекс 70-120, недостаточно хорошо работающий ил способен "вспухать". В этом случае иловый индекс более 150-200.
В аэротенках с продленной аэрацией ил частично минерализуется, что значительно уменьшает прирост избыточного ила, такой ил является стабилизиро 76 ванным (не загнивающим и не пахнущим при последующей его обработке на иловых площадках ).
При иловом индексе, составляющем более 100 см3/г активный ил занимает большой объём, становится лёгким, теряет хлопьевидную структуру, плохо оседает, не уплотняется и в большом количестве выносится из вторичных отстойников, ухудшая эффективность работы очистных сооружений.
Согласно значениям илового индекса в течении 5 лет (рисунок 17) показатель колеблется в пределах 130-140 (по линии первой и второй биологии).
При иловом индексе анализируемой смеси сточных вод менее 60 необходим анализ показателя - зольность ила. Зольность ила (выраженная в %) показывает содержание неорганических (минеральных) веществ в иле. Нормальной считается зольность 25-40%, если зольность выше 40%, то ил представляет собой не смесь микроорганизмов, а по сути, смесь механических примесей, если иловый индекс 60, а зольность при этом в нормируемом пределе 25-40%, то это не является нарушением режима.
Методика очистки промышленных сточных вод с применением флоку-лянтов полиДАДМАХ и полиЭХГДМА
По истечении 14 часов проводили микробиологические исследования активного ила, с помощью которого следили за состоянием активного ила, его разновидностью [133,134,135].
Показателем ухудшения качества активного ила является появление и увеличение количества нитчатых форм бактерий [136]. Определение состояния бактерий проводится микрокопированием согласно ГОСТ Р50595-93 с применением микроскоп МБИ-6 и предметных, покрывных стёкл. Из аэротенка отбирают 10см3 активного ила. Затем на предметное стекло пипеткой наносят небольшую каплю суспензии активного ила, покрывают покрывным стеклом и укрепляют на предметном столике микроскопа. Пробу просматривают вначале при малом увеличении (окуляр 10х или 15х объектив 8х), а затем при большом (окуляріОх или 15х, объектив 40х). Просматривали не менее 3 проб. Количество организмов учитывают по пятибалльной системе; один-единично; два-мало; три-порядочно; четыре - много; пять - масса. Определять состояние микроорганизмов можно также по определителям [137].
В диссертационной работе использованы результаты лабораторного контроля качества обрабатываемой и очищенной сточной воды по показателям мутности, перманганатной окисляемости, температуры воды, концентрации остаточного алюминия, щелочности, pH воды, а также технологические параметры работы биологических очистных сооружений (БОС) ОАО «БСК» за период 2005-2011гг. Контроль качества воды на всех этапах ее подготовки осуществлялся объектовой лабораторией БОС, с использованием действующих ГОСТов и методик. Лабораторный и производственный контроль носят систематический характер, что позволяет формировать массивы данных, характеризующие изменения контролируемых величин во времени. Проведена обработка этих данных с помощью статистических методов.
Для количественной оценки характеристик отельных показателей в диссертации использованы численные методы описательной статистики – оценка простого среднего, дисперсии, среднеквадратичного отклонения (СКО) [138,139].
Среднее значение выборки X является несмещенной оценкой генеральной совокупности X и дает информацию о выборке в целом.
Метод анализа временных рядов – основан на сезонной декомпозиции, позволяющей выделить из совокупности элементов, образующих временной ряд, детерминированную и стохастическую составляющие. Детерминированная или закономерная составляющая зависит от времени, стохастическая (случайная) составляющая – это остатки временного ряда, образующиеся после исключения детерминированной компоненты. Детерминированная компонента включает в себя тренд-циклическую и сезонную составляющие.
Ранее показана возможность использования этого метода анализа при исследовании содержания бенз(а)пирена в водоисточнике [140], экологическом мониторинге показателей качества воды поверхностного источника и питьевой воды.
Ввиду того, что циклическая компонента сt в настоящей работе не исследуется, в дальнейшем детерминированную компоненту будем рассматривать как сумму трендциклической trt+ сt и сезонной st компоненты.
Для оценки сезонной компоненты st вычисляют сезонные индексы. Оценка сезонных индексов проведена двумя способами: когда в качестве трендцикличе-ской компоненты принимались среднегодовые или среднемноголетние значения рассматриваемой величины.
Первый прием выделения сезонных эффектов основан на сравнении элементов ряда со средними значениями за отдельные укрупненные периоды. Так как в исследуемом случае период сезонной компоненты составляет один год, то проведена оценка сезонной составляющий с использованием среднегодовых значений. Этот метод расчета называется способом переменной средней [141].
Похожие диссертации на Синтез полиэлектролита из эпихлоргидрина и диметиламина и его применение при очистке сточных вод
