Введение к работе
Актуальность работы: Рост научно-технического прогресса, развпті промышленного п жилшцио-бытового' строительства, требуют улучшеш качества подаваемой воды потребителям. Резервы воды истощаются из-всё нарастающего загрязнения водных источников. Возникает проблем предупреждения поступления вредных веществ в природные водоёмы. Т как естественные биологические процессы, которые протекают в водоём; уже не обеспечивают самоочищения, происходит нарушение экологпческо равновесия.
Сточные воды, кроме различных загрязнении, содержат ещё и сое; пения азота и фосфора. Проблема удалении азот- и фосфорсодержащих с< judicium возникла п связи с ухудшением качества поды рек н водохрашии питьевой воды, вызванного згітрофіїкацисй, которая обуславливается нал чпем избыточного количества питательных элементов в поверхностных елс воды. Это в свою очередь вызывает усиленный рост водорослей и макрос' тов. Эта водная растительность мешает прохождению света вглубь водоеі потребляет растворённый кислород и приводит к разрушению фауны н гт ному исчезновению рыбы.
Таким образом, глубокая биологическая очистка сточных вод от с дппеппй азота является одной из глобальных проблем. Экологически чист п эффективные методы биологической очистки сточных вод от С0ЄДИПЄ1 азота требуют строительства новых, расширения уже существующих очі пых сооружений. Глубокое и всестороннее изучение вопроса удаления из ды соединений азота ведётся уже много лет различными специалистам этой области паук многих стран мира.
Применяемые в пашен стране технические решения для бполс ческой очистки сточных вод, не обеспечивают эффективного удаления единений азота до требований предельно допустимых концентраций (П) для сброса в водоём. За рубежом методы биологической нитрн-дешп фикацпи (НДФ) находят всё более широкое применение для очистки гот екпх и промышленных сточных вод. Известно много оригинальных тел чеекпх решений, как в области конструктивного оформления процесса, т< в технологии. Однако, потенциальные возможности совершенствования і цесса использованы ещё далеко не полностью.
Работа проводилась в соответствии с фундаментальных и иопско работ ГНЦ РФ НИИ ВОДГЕО, а также по хоздоговорам с рядом пром лепных предприятий.
В предлагаемой диссертационной работе научно обоснованы, обобщены, развиты и показаны оригинальные пути биологического удаления соединений азота из сточных вод.
Цель и задачи. Целью диссертационной работы является интенсификация процессов биологической очистки городских и промышленных сточных вод от соединений азота с достижением показателей качества очищенных сточных вод до уровня ПДК рыбохозяйственных водоёмов, разработка методики расчёта сооружений, рекомендаций на проектирование и области их применения.
В соответствии с целью настоящей работы предстояло решить следующие задачи:
провести исследования и определить оптимальные технологические параметры проведения аэробного процесса с одновременной нитри-денит-рификацией производственных и городских сточных вод в аэротенках-осветлителях различных технологических модификаций;
изучить кинетику процесса одновременной пптри-денитрпфикацпи п зависимости от внешних факторов окружающей среды;
получить кинетические и физиологические коэффициенты процесса одностадийной ннтри-денитрификации для уравнений ферментативной кинетики и популяционной динамики;
составить математическую модель процесса одновременного окисления органических загрязнений, нитрификации и денитрификации;
в производственных условиях подтвердить возможность проведения денитрификации в аэробных условиях в аэротенках коридорного типа;
получить значения коэффициентов ипгибирования нитрификации ионами металлов, при очистке смеси городских и промышленных сточных вод в производственных условиях;
разработать методику инженерного расчёта технологических схем с одновременной нитрификацией и деннтрпфикацнен, без добавления дополнительного органического субстрата;
оценить технико-экономические показатели разработанных методов нит-рп-денитрнфикации.
Научная новизна работы.
Экспериментально подтверждена возможность проведения и интенсифика
ции процесса глубокой одновременной биологической очистки сточных
вод в аэробных условиях со взвешенным слоем ила от всех форм соедине
ний азота, обеспечивающей достижение уровня ПДК для сброса в водоём
рыбохозяйственного значения.
Установлена зависимость удельной скорости удаления соединений азота при одновременном проведении процессов окисления органических веществ, нитрификации и денитрификации жидкости в аэробных условиях, от основных технологических параметров процесса (время аэрации, возраст активного ила, концентрация ила, нагрузка на ил, гН2), в соответствии с уравнениями ферментативных реакций, для которых получены значения кинетических и физиологических констант.
Экспериментально определено влияние ионов металлов на эффективность процесса нитрификации и получены соответствующие константы ингиби-роваиия в производственных условиях.
На защиту выносятся:
результаты исследований процессов окисления углеродсодержащих загрязнений, нитрификации и денитрификации при биологической очистке производственных и городских сточных вод в аэротенках-осветлителях и колонных аэротенках со взвешенными слоями активного ила, что позволяет обеспечить оптимальные расчётные и технологические параметры работы сооружений для достижения ПДК соединений азота в очищенной воде при сбросе в водоём рыбохозяйственного значения;
методика инженерного расчёта и рекомендации по применению разработанных типов аэротенков;
результаты работ по внедрению аэротенков и технологических схем сооружений в практику очистки сточных вод и технико-экономической оценке.
Научно-практическая новизна результатов исследований п разработанных на их основе конструктивно-технических решений технологии подтверждены 3 авторскими свидетельствами на изобретения.
Практическая значимость работы.
Разработаны, всесторонне исследованы и внедрены технологии биологической очистки городских и производственных сточных вод от органических веществ и соединений азота.
Разработан метод расчета и рекомендации на проектирование по реконструкции и строительству новой технологии совместной аэробной нитри-депитрификации и ее аппаратурпо-конструктивное оформление в сооружениях для очистки городских и производственных сточных вод химической промышленности, путем реконструкции и строительства новых сооружений, с обеспечением современных требований ПДК для выпуска в водоемы или повторного использования города и промрайона в г. Стерлитамаке (в настоящее время осуществляется строительство).
Внедрение результати
Научные и практические рекомендации диссертационной работы используются различными проектными организациями: ГПИ Союзводокаиал-проект, ГПИ Укрводоканалнроект п др.
Результаты выполненных исследовании внедрены в практику эксплуатации очистных сооружении завода "Прогресс" в г. Степногорске, производительностью 8,5 тыс. м-'/сут, очистных сооружениях биологической очистки города и промрайона в г. Стерлитамаке, производительностью, соответственно, 40,0 тыс. м'/сут и 95,0 тыс. м3/сут, очистных сооружениях в т.г. Саки, Старый Крым, Буек, Чуднов, Узин, производительностью, соответственно, 22,0; 5,0; 3,5; 1,4 и 1,0 тыс. м'/сут.
Суммарный экономический эффект от внедрения результатов исследовании составил — более I млн. в год (в цепах 1984 г.).
Апробации работы
Основные положения диссертации опубликованы в 9 работах в журнале "Водоснабжение и Санитарная Техника", в сборнике "Паука и техника и городском хозяйстве" и других изданиях. Результаты работы докладывались па 'научно-технических конференциях, семинарах, технических сонс/ах ГПИ "Союзводокапалпроект", АО "Каустик" г. Стсрлнтамак.
Диссертационная работа состоит из: введения, 5 глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений. Диссертация изложена на 193 страницах, содержит 76 рисунков. 21 таблицу и приложения, библиография включает 129 источников.
