Введение к работе
Актуальность работы
Сохранение водных объектов является одной из приоритетных задач, на решение которых направлена федеральная целевая программа «Экология и природные ресурсы России (2002-2010 годы)». Повышение эффективности очистки сточных вод, сбрасываемых в поверхностные водоемы, является одной из важнейших задач реализации указанной программы.
Основным сооружением биологической очистки сточных вод, хорошо зарекомендовавшим себя стабильной работой с высокой степенью очистки, является аэротенк. Сточная вода в аэротенке очищается активным илом, который представляет собой сложный биоценоз различных организмов. Тип аэротенка, технологический режим работы, химический состав поступающей сточной воды оказывают большое влияние на формирование биоценоза аэротенка. От газогидродинамической обстановки в аэротенке ззависит эффективность биологической очистки сточных вод. Направление, скорость циркуляции сточной воды и взвешенного в ней активного ила, а также концентрация растворенного кислорода определяются типом, интенсивностью аэрации и расположением аэраторов в аэротенке.
Аэрация сточных вод обеспечивает подачу и распределение кислорода в аэротенке для осуществления процесса окисления органических веществ, поступающих на биологическую очистку, поддержания активного ила во взвешенном состоянии и создания благоприятных гидродинамических условий работы аэротенков. Аэрация является наиболее энергоемким процессом, на который приходится не менее половины всех затрат на очистку сточных вод.
Процесс растворения кислорода в воде, необходимый для окисления органических загрязняющих веществ в химических и микробиологических процессах, определяется поверхностью контакта фаз «жидкость-газ». Концентрация растворенного кислорода в аэротенке или других биологических сооружениях определяет активность биохимических процессов окисления загрязняющих веществ, поступающих в очистные сооружения.
Таким образом, широкое применение аэрационных сооружений для биологической очистки сточных вод обуславливает задачу поиска путей дальнейшей интенсификации работы таких сооружений при формирования оптимальной газогидродинамической обстановки.
Целью диссертационной работы является интенсификация биологической очистки сточных вод посредством изменения гидродинамических потоков, способствующих оптимальному распределению активного ила в аэротенке и обеспечивающих повышение окислительной способности аэротенка.
Задачи іісслсдоианніі:
провести сравнительный анализ методов определения контакта фаз в двухфазных системах «жидкость-газ»;
провести анализ существующих методов определения поля скоростей
жидкости и поля распределения активного ила в аэрируемых сооружениях биологической очистки сточных вод;
провести анализ существующих систем аэрации иловых смесей и устройств аэрации п аэротенках;
разработать экспериментальную установку для изучения газогидродшгамических процессов и распределения активного ила в аэрируемых сооружениях;
разработать методику изучения газогидродинамической обстановки в модели аэротенка;
разработать методику изучения поля распределения активного ила в модели аэротенка;
исследовать поверхность контакта фаз «жидкость-газ» от интенсивности аэрации, типа и местоположения аэратора;
изучить гидродинамическую обстановку и поля распределения активного ила в модели аэротенка;
получить зависимость окислительной способности аэраторов от величины поверхности контакта фаз «жидкость-газ»;
разработать и испытать методы воздействия на гидродинамику аэротенка с целью повышения окислительной способности существующих типов аэрации.
Методы исследований
Для решения поставленных задач в работе использовались химический метод определения межфазной поверхности, методы физического подобия, метод фотометрии, титриметрический метод анализа, методы фото- и киносъемки, метод переменного дефицита кислорода и методы статистической обработки результатов.
Научная новішіа
Впервые определена поверхность контакта фаз в аэрируемых сооружениях биологической очистки сточных вод в зависимости от интенсивности аэрации, типа и местоположения аэратора с использованием физической модели аэротенка.
Установлены зависимости поверхности контакта фаз от расположения и количества аэраторов, глубины их погружения, глубины модели аэротенка, наличия синтетических водорослей типа «ерш».
Получены поля скоростей жидкости в модели аэротенка для мелко- и среднепузырчатой аэрации.
Разработана методика изучения и впервые получены поля распределения активного ила в модели аэротенка для мелкопузырчатой аэрации.
Определена окислительная способность мелкопузырчатых и средне-пузырчатых аэраторов в зависимости от величины поверхности контакта фаз.
Предложен способ воздействия на гидродинамику аэротенка и получены поля скоростей жидкости в модели аэротенка с изменяемой гидродинамикой.
Практическая шачгаюсть
Разработана методика изучения поля распределения активного ила в аэротенке.
Предложены рекомендации по изменению гидродинамики в аэрируемых сооружениях биологаческон очистки сточных вод, позволяющие увеличить окислительную способность аэротенка.
Предложен и испытан в лабораторных и промышленных условиях способ воздействия на гидродинамику аэротенка, приводящий к интенсификации биологической очистки сточных вод.
Апробации работы
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
Всероссийской научно-практической конференции «Инженерное оборудование населенных мест и зданий» (Иркутск, 28 - 30 марта 2006 г.);
Международной научно-практической конференции «Инвестиции. Строительство. Недвижимость» (Иркутск, 28 - 30 июня 2006 г.);
11-й Международной научно-практической конференции «Энергосберегающие технологии, методы повышения эффективности работы систем и сооружений водоснабжения и водоотведения» (Иркутск, 21-25 августа 2006 г.);
Всероссийской научно-технической конференции «Вода: проблемы и решения» (Тюмень, 24 апреля 2007 г.);
Всероссийской научно-практической конференции «Экспертиза и управление недвижимостью: состояние, проблемы, перспективы» (Иркутск, 20-21 сентября 2007 г.);
1-й Международной научно-практической конференции «Ресурсосбережение и возобновляемые источники энергии: экономика, экология, опыт применения» (СПб.-Чита, 3-6 августа 2008 г.);
Всероссийской научно-практической конференции «Инженерное оборудование населенных мест и зданий» (Иркутск, 16 марта 2009 г.).
На їащиту выносится:
Результаты экспериментальных исследований по изучению поверхности контакта фаз «жидкость-газ» в аэрируемых сооружениях биологической очистки сточных вод.
Методика изучения гидродинамики распределения активного ила в модели аэротенка.
Способ воздействия на гидродинамику в аэрируемом сооружении, приводящий к уменьшению застойных зон распределения активного ила.
Полученные поля скоростей воды в модели аэротенка для мелко- и среднеиузырчатой аэрации при различном расположении аэраторов.
Полученные поля скоростей воды в модели аэротенка с изменяемой гидродинамикой.
Впервые полученные зависимости окислительной способности аэраторов от поверхности контакта фаз «жидкость-газ».
Публикации
По теме диссертации опубликовано 11 работ, из них 2 статьи в издании, входящем в перечень рецензируемых научных журналов рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка используемых источников из 127 наименований и 2 приложений. Работа изложена на 156 страницах машинописного текста, включает 11 таблиц и 57 рисунков.
