Введение к работе
Актуальность темы. Охрана окружающей среды, в том числе и защита водоемов от загрязнения сточными водами, является одной из важнейших проблем современности. Для решения этой проблемы на первый план выдвигается необходимость разработки новых прогрессивных и высокоэффективных технологических систем обезвреживания сточных вод.
Наряду со стоками крупных городов и промышленных предпри-. ятий источником загрязнения природной гидросферы часто являются и сточные воды небольших автономных коммунальных объектов: вельских населенных пунктов, баз отдыха, отелей, кемпингов, пансионатов, оздоровительных учреждений, вахтовых поселков геологов, нефтяников и т.п. Из-за удаленности этих объектов друг от друга и от централизованных систем канализации предусматривается локальная очистка сточных вод.
Особенностью малых систем канализации являются неравномерность отведения сточных вод и значительные колебания их состава. Выпуск таких стоков осуществляется,как правило, в небольшие малопроточные или замкнутые водоемы, находящиеся часто . в строго контролируемых заповедных зонах отдыха и туризма.Значительное содержание в них биогенных элементов - соединений азота и фосфора, поступление которых в водоемы может приводить к развитию процессов эвтрофикации, также обусловливают повышенные требования к качеству их очистки. Кроме того, локальные очистные сооружения автономных объектов должны быть компактными, экономичными и простыми в эксплуатации, отличаться стабильностью и надежностью в \работе.
Применяемые в настоящее время методы биологической очистки таких стоков с физико-химической доочисткой не обеспечивают" удаления всего комплекса загрязнений, в том числе-и биогенных элементов аммонийного азота и фосфора. Причем эта проблема требует своего решения повсеместно, в том числе и в ближневосточном регионе, в частности в Иордании, где автономные коммунальные объекты сосредоточены на берегах малопроточных рек, небольших озер, а также в прибрежной зоне Мертвого моря, являюще-
гося не только уникальным водоемом мира, но и источником добычи .минеральных оолей - основных экспортируемых природных ресурсов. В связи со' сказанным, настоящая диссертационная работа посвящена разработке новой прогрессивной и высокоэффективной технологической системы глубокой доочистки сточных вод автономных коммунальных объектов, является весьма важной и актуальной. Наиболее перспективным решением является использование для доочистки биохимически очищенных сточных вод методов глубокой необратимой деструкции биохимически стойких органических загрязнений за о чет каталитических редокси-процессов, инициированных различными физико-химическими агентами, С этих позиций весьма эффективно использование "активного" хлора, а также продуктов гетерогенно-каталитичеокого его разложения - атомарного кислорода и различных радикалов, обладающих большим запасом химичеокой энергии в момент их образования на поверхности гетерогенных катализаторов,- за счет чего обеспечиваетоя также и окисление аммонийного азота о сопутствующим процессом хемосорбции фосфатов. Промежуточные продукты гетерогенно-каталитической трансформации могут быть значительно легче, чем исходные органические загрязнения, изъяты из сточных вод. активированными углями, а для финишной очистки с целью обеспечения требований к Качеству сточных вод, направляемых в рыбохозяйственные водоемы, по .'аммонийному азоту /по ЩК - 0,4 мг/л/ целесообрг.знс предусмотреть фильтрацию через ионообменные природные минералы.
' цель и задачи работы. В, ооновные задачи диссертационной работы, ставящей целью разработку.комплексной технологической системы глубокой доочистки биохимически очищенных сточных вод автономных коммунальных объектов от трудноокисляемых органических загрязнений и биогенных элементов, входило:
усовершенствование технологии гетерогенно-каталитического окисления с использованием автономно генерируемого "актиьного" хлора;
разработка высокоэффективной технологии получения "активного" хлора путем электролиза малоконцентрированных растворов поваренной соли или сильноминерализованной воды Ыертвого моря;
-'разработка для финишной стадии очистки сточных вод техно-
логии ионообменного извлечения аммонийного азота на природных, минералах-цеолитах с обезвреживанием, и повторным использованием растворов, образующихся при регенерации цеолитовнх фильтров;
- синтез комплексной технологической системы глубокой до-очистки сточных вод автономных коммунальных объектов в целом с выявлением эффективности й определением технико-экономических показателей.
Методика и обработка результатов исследований. Методологическая последовательность проведения исследований, по разработке комплексной технологической системы глубокой доочистки сточных вод базировалась на системном анализе, включающем: формулировку теоретической гипотезы; детальное изучение в лабораторных экспериментах химизма и механизма, кинетических и гидродинамических закономерностей исследуемых процессов, протекающих в разработанных для реализации новых аппаратах , а также математическое их описание; проверку полученных результатов на пилотной уотановке при.очистке реальных сточных вод о целью подтверждения общей технологической эффективности предложекаыхтехнических решений. Определение основных показателей качества сточных вод осуществлялось по стандартным методикам, содержание "активного" хлора - _ экспресс-методом спектрофотометрического анализа. . *
На основании лабораторных экспериментов по выявлению химизма и механизма процессов очистки сточных вод устанавливался вид аппроксимирующих' формализованных математических моделей, адекватно описывающих кинетические закономерности. По экспериментальным данным определялся вектор констант,.характерных для .этих моделей.
При разработке новой конструкции электролизера устанавливалась более эффективная для протекания исследуемого процесса генерации "активного" хлора гидродинамическая модель реактора и находились определяющие критерии принадлежности аппарата к этой модели.
Обработка результатов исследований проводилась с использованием метода наименьших квадратов и оценкой адекватности моделей эксперименту по значению корреляционного отношения и средней, относительной ошибки расчетных данных. Воспроизводимость экспе-
-,6 -
риментальных данных определялась по критерию Фишера.
По результатам лабораторных и пилотных исследований осуществлялся синтез технологической системы и оптимизация конст-. руктивных характеристик водоочистного оборудования, на основании чего разработаны технологический регламент и рекомендации на проектирование сооружений глубокой доочистки биохимически очищенных сточных вод автономных коммунальных объектов.
Технико-экономические показатели и себестоимость очистки
сточных вод определены на базе выполненной по разработанному
технологическому регламенту проектной документации на стро
ительно-монтажные работы станции доочистки сточных вод реаль
ного объекта. ,
Научная новизна работы заключается: - - в теоретическом обобщении и экспериментальном обосновании технологии комплексной глубокой очистки биохимически очи-'щенных.сточных вод путем их гетерогенно-каталитического окисления и доочистки сорбционно-ионообменным способом;
- в разработке технологии автономной электрохимической ге
нерации "активного" хлора-путал электролиза малоконцентрирован-
.ных растворов поваренной соли и высокоминерализованной морской воды с рециркуляцией обрабатываемого электролита;
-. в выявлении механизма и кинетических закономерностей генерации "активного" хлора в зависимосїи от технологических параметров электролизной установки;
" - в разработке технологии очистки и восстановления отработанных регенерационных растворов после отмывки цеолитовых фильтров путем их электрокаталитической обработки;
- в разработке электрореактора, пригодного как для электро
химического генерирования "активного" хлора, так и для очистки
и восстановления отработанных регенерационных растворов;
- в изучении гидродинамического режима раооты электрореак
тора новой конструкции и в математическом описании процессов
электрохимического получения "активного" хлора в нем.
Практическая значимость и область применения. ' Разработанные по теме диссертации рекомендации и новые технические решения могут быть использованы не только для глубокой доочистки
сточных вод автономных коммунальных объектов, но и для обезвреживания промстоков, содержащих такие специфические загрязнения, как трудноокисляемые биохимически стойкие органические загрязнения, азот аммонийный и фосфаты /к примеру, птицефабрик,, зверо- и свиноферм, мясокомбинатов, теплиц и т.п./, а также для автономного электрохимического получения "активного" хлора с целью обеззараживания природных и сточных вод.
Комплексная технология глубокой доочистки сточных вод автономных коммунальных объектов с использованием для гетерстеннс-каталитического окисления загрязнений "активного" хлора, генерируемого из морской воды,, может быть реализована в ближневосточном регионе прибрежной зоны Мертвого моря, в первую очередь,, в Иордании.
Разработанные новые конструкции электролизера и 'электрокаталитического реактора могут быть использованы и для очистки промышленных сточных вод.
Внедрение результатов работы. Технология гетерогенно-ка-талитической очистки с использованием автономно генерируемого "активного" хлора внедрена при разработке проектной документации на строительно-монтажные работы станции глубокой доочистки биохимически очищенных бытовых сточных вод вахтового поселка Кибик-Кордонского карьера ПО "Саянмрамор".
Электролизная установка получения "активного" хлора с использованием разработанного в диссертации электрогенератора и рециркуляцией раствора поваренной соли эксплуатируется в мотеле-кемпинге "Ретур" п.Александровская Ленинградской области для обеззараживания воды бассейна для купания.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на 49-й и 50-й научных конференциях СПоТАСУ/Санкт-Петербург, 1992 и 1993 гг./, на Российской межотраслевой научно-практической конференции /Санкт-Петербург, 1993 г./, на итоговой конференции по межвузовской научно-технической программе "Стро-ительство'УНижний Новгород, 1993 г./.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано три
печатных работы.