Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ современного состояния водоотведения периодических сбросов сточных вод и задачи исследований 9
1.1 Существующие схемы физико-химической очистки периодических сбросов сточных вод 12
1.2 Анализ существующих технологий обеззараживания воды 29
Выводы по 1 главе, постановка цели и задач исследований 38
2 Теоретическое обоснование технологии очистки периодических сбросов сточных вод и оценка ее надежности 40
2.1 Основные положения выбора технологии очистки периодических сбросов сточных вод 40
2.2 Модифицированный коэффициент готовности как обобщенный показатель надежности технологии очистки периодических сбросов сточных вод 55
Выводы по 2 главе 58
3 Методики проведения исследований и конструкции экспериментальных установок физико-химической очистки сточных вод 60
3.1 Методика проведения экспериментальных исследований 60
3.2 Лабораторные, полупроизводственные и промышленные установки 63
Выводы по 3 главе 69
4 Исследование взаимосвязи технологических параметров физико химической очистки периодических сбросов сточных вод 70
4.1 Технологическая взаимосвязь узлов физико-химической очистки сточных вод 70
4.1.1 Влияние солесодержания воды для приготовления рабочего раствора коагулянта на процесс коагуляции, выбор коагулянта и флокулянта 71
4.1.2 Узел реагентной обработки, отстаивания и фильтрования сточных вод и основные показатели эффективности очистки 76
4.1.3 Узел адсорбционно-каталитической очистки и доочистки сточных вод 93
4.1.4 Исследование процесса регенерации загрузок 101
4.1.5 Экспериментальное обоснование узла обеззараживания сточных вод. 106
4.2. Исследование элементов технологии физико-химической очистки сточных вод 111
4.2.1 Режим промышленных испытаний мобильной очистной установки физико-химической очистки сточных вод 11 1
4.2.2 Условия и технологические параметры проведения испытаний 113
4.2.3 Анализ результатов очистки сточных вод на опытно-промышленной установке 115
4.2.4 Анализ процесса адсорбции аммонийного азота на цеолите и шунгите 128
Выводы по 4 главе 129
5. Рекомендации по проектированию установок физико-химической очистки периодических сбросов сточных вод и их технико-экономическая оценка .. 131
5.1. Расчетные параметры проектирования отдельных узлов модульных установок физико-химической очистки периодических сбросов сточных вод 133
5.2 Расчет модифицированного коэффициента готовности физико химической технологии очистки периодических сбросов сточных вод 142
Выводы по 5 главе 143
Общие выводы 144
Список использованной литературы
- Анализ существующих технологий обеззараживания воды
- Модифицированный коэффициент готовности как обобщенный показатель надежности технологии очистки периодических сбросов сточных вод
- Лабораторные, полупроизводственные и промышленные установки
- Расчет модифицированного коэффициента готовности физико химической технологии очистки периодических сбросов сточных вод
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в практике водоотведения широко распространены периодические сбросы хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод. Источниками их образования являются туристические базы, вахтовые поселки, некоторые промышленные и сельскохозяйственные предприятия. Периодические сбросы сточных вод, которые характеризуются значительной неравномерностью как по расходу, так и по концентрациям загрязнений вносят значительный вклад в загрязнение окружающей среды. Коэффициенты неравномерности водоотведения периодических сбросов в принципе теряют физический смысл, поскольку неопределенным становится понятие среднего расхода: только в сутки наличия водоотведения или включая также сутки отсутствия расхода.
Для периодических режимов сброса принятые в настоящее время принципы выбора технологий очистки сточных вод нуждаются в корректировке и дополнении. При сохранении минимального воздействия на окружающую среду, определяющим критерием выбора технологии очистки становится готовность очистной установки к выполнению функций нормативной очистки в часы (сутки) водоотведения. Поэтому актуален вопрос о разработке модифицированного коэффициента готовности, учитывающего вероятностные технические, экологические и экономические компоненты, как критерия обоснования технологических схем очистки сточных вод.
Работа выполнялась в соответствии с научным направлением кафедры «Инженерная экология и защита окружающей среды» ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) по госбюджетной теме № 012. 0001. 0024 – «Разработка теоретических основ и высокоэффективных технологий охраны окружающей среды» и в рамках НИР по аналитической ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2007 годы)».
Целью работы является повышение эффективности и надежности систем физико-химической очистки периодических сбросов сточных вод.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
– анализ существующего состояния и особенностей очистки периодических сбросов сточных вод;
– обоснование модифицированного коэффициента готовности как критерия выбора и репрезентативной оценки надежности технологии очистки периодических сбросов сточных вод с учетом технологических, экономических и экологических показателей;
– обоснование принципов формирования и конструирования стационарных и передвижных установок для очистки периодических сбросов сточных вод;
– экспериментальное определение модифицированного коэффициента готовности и параметров очистки периодических сбросов хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод на модельных, стационарных и передвижных установках;
– отработка параметров и анализ результатов очистки периодических сбросов хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод на стационарных и передвижных установках в опытно-промышленных и производственных условиях;
– разработка рекомендаций по проектированию и эксплуатации стационарных и передвижных установок очистки периодических сбросов хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод.
Основная идея работы состоит в повышении эффективности функционирования систем очистки периодических сбросов сточных вод в течение жизненного цикла очистных сооружений, включая пусконаладочные и ремонтные работы, на базе предложенного модифицированного коэффициента готовности.
Объект исследования – системы физико-химической очистки периодических сбросов хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод.
Предмет исследований – процесс физико-химической очистки периодических сбросов хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод.
Методы исследований – аналитическое обобщение известных научных и практических результатов, методы химического анализа, методы математического планирования эксперимента, регрессионный анализ экспериментальных данных, статистическая обработка результатов исследований на ПЭВМ по стандартным программам.
Достоверность научных положений и выводов обоснована моделированием изучаемых процессов, планированием необходимого объема экспериментов и подтверждена удовлетворительной сходимостью полученных результатов, выполненных в лабораторных и опытно-промышленных условиях с расчетными зависимостями в пределах погрешности =±10% при p=0,95.
На защиту выносятся следующие основные положения:
– существующую классификацию сточных вод по режиму водоотведения следует дополнить термином периодических сбросов, что создает необходимость корректировки и дополнения общепринятых принципов выбора технологий очистки сточных вод;
– выбор технологии и конструктивных решений очистки периодических сбросов сточных вод может осуществляться по модифицированному коэффициенту готовности, который базируется на статистических данных функционирования очистных сооружений, учитывает вероятностные технические, экономические и экологические показатели процессов;
– при сохранении основного требования к минимальному воздействию на окружающую среду определяющим критерием выбора очистной установки становится готовность к выполнению функций нормативной очистки сточных вод в заданные часы (сутки) водоотведения с коэффициентом готовности не менее 0,95 с учетом пусконаладочных и ремонтных работ;
– случайный характер образования сточных вод и неравномерный режим водоотведения, требуемая степень очистки и условия выпуска очищенных периодических сбросов сточных вод определяют выбор технологии и конструктивное оформление стационарных или передвижных установок;
– механизм работы адсорбента-катализатора по выделению аммонийного азота из сточных вод на 15 - 20 % является окислительным, сорбционным и ионообменным, а на 80 – 85 % окислительно-восстановительным.
Научная новизна:
– обоснована методология выбора технологических схем и конструирования стационарных и передвижных установок очистки периодических сбросов сточных вод;
– впервые предложено осуществлять оценку эффективности и надежности, а также выбор технологии очистки периодических сбросов сточных вод по модифицированному коэффициенту готовности, учитывающему экономические, технологические и экологические критерии;
– установлена взаимосвязь технологических параметров процесса очистки периодических сбросов: хозяйственно-бытовых сточных вод для туристической базы выходного дня и промышленных – для производства удобрений, позволяющих оптимизировать режим работы систем очистки и их отдельных элементов;
– установлено, что при выделении аммонийного азота из сточных вод на адсорбенте-катализаторе 80 - 85% его удаляется в виде атомарного азота, 5 - 6% переходит в окисленную форму , 10 - 12 % задерживается ионным обменом.
Практическое значение работы:
– определены рабочие параметры режимов очистки периодических сбросов хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод на стационарных и передвижных установках в опытно-промышленных и производственных условиях;
– составлены рекомендации на проектирование и эксплуатацию стационарных и передвижных установок очистки периодических сбросов хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод, принятые рядом проектных институтов и производственных организаций;
– созданы и эксплуатируются передвижная станция очистки периодических сбросов турбаз выходного дня и стационарная установка очистки промышленных сточных вод производства удобрений.
Реализация результатов работы.
Рекомендации работы внедрены в практику очистки периодических сбросов сточных вод ОАО «ЕвроХим-БМУ», г. Белореченск Краснодарского края, ООО «Ростсельмашэнерго», г. Ростов-на-Дону и приняты тремя проектными организациями, используются в учебном процессе ГОУ ВПО «Южно-Российский государственный технический университет (НПИ)».
Апробация работы.
Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) (2002 – 2008 гг.), РГСУ (2004 – 2010 гг.), симпозиумах Российской ассоциации водоканалов и Сочинского водоканала в г. Сочи 2003 – 2005 гг., научных конференциях «Техновод 2006 – 2008» в гг. Новочеркасск, Казань, Кисловодск, Калуга.
Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 10 работах, 1 – в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Получен 1 патент.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложений, общий объем 161 страница, содержит 51 рисунок, 29 таблиц, список литературы из 119 наименований.
Анализ существующих технологий обеззараживания воды
Учитывая, что при предварительной очистке сточных вод методом химической коагуляции и флокуляции желательна величина рН на уровне 7,5, то после фильтрования через зернистые песчаные фильтры и фильтры с ГАУ нужна коррекция величины рН. Необходимо снизить ее до 6.5, чтобы превратить аммиак в ион аммония, так как свободный аммиак не адсорбируется и не вступает в ионообменные реакции с клиноптилолитом [4]. Другим условием эффективной очистки сточных вод фильтрованием через клиноптило-лит является содержание взвешенных веществ не более 10 мг/л и сульфид-ионов не более 8-10 мг/л.
При регенерации 10% раствором поваренной соли на регенерацию 880 г/г-экв обменной емкости клиноптилолита пятнадцатикратный избыток при скорости подачи раствора соли 2 м/ч, продолжительность регенерации 1 -2 ч., скорость подачи воды на отмывку фильтра после регенерации 2-4 м/ч, удельный объем воды для отмывки 4 — 5м /м загрузки.
Отработанный регенерационный раствор NaCl восстанавливается доведением рН до 10,6 - 10,7 с помощью NaOH. При этом происходит осаждение карбоната кальция, гидроксида магния и выделение аммиака. Выделившийся аммиак может быть удален из регенерационного раствора отдувкой воздухом или отгонкой с водяным паром [9].
Отгонка аммиака водяным паром привлекательна тем, что образующаяся при этом 1% аммиачная вода может быть использована в качестве удобрения [11], но при этом наблюдается разбавление регенерационного раствора поваренной соли и он утрачивает способность к регенерации клиноптилолита. К тому же регенерационный раствор перед подачей на регенерацию должен быть охлажден, а это усложняет технологию в целом.
При регенерации раствора соли воздухом для улавливания аммиака используется раствор серной кислоты [12].
Осадки сточных вод третьей схемы физико-химической очистки аналогичны осадкам второй схемы, к ним добавляется четвертый вид отходов -осадок от регенерации поваренной соли в виде карбоната кальция и гидроксида магния, а также пятый вид отходов — аммиачная вода. Все дополнительные отходы относятся к третьему классу опасности.
Третья схема существенно уступает биотехнологии очистки сточных вод, как по капитальным вложениям, так и по эксплуатационным затратам. Кроме того, в ней образуются токсичные отходы, утилизация которых возможна, но сопряжена со значительными транспортными, складскими и эксплуатационными затратами.
Достоинствами третьей схемы являются: независимость от температуры сточной жидкости, меньшая продолжительность процесса очистки сточной жидкости, запуск сооружений в работу после их монтажа или перерывов в работе производится в минимальные сроки.
Четвертая схема [5] осуществления процесса физико-химической очистки бытовых сточных вод приведена на рисунке 1.4. Она предполагает после осуществления процессов процеживания, усреднения расходов, коагуляции, отстаивания и фильтрования через зернистую загрузку гетерогенно-каталитическое окисление органических и биогенных веществ кислородсодержащими соединениями хлора под действием электролитических реакций и продуктов электролиза с последующим улавливанием остаточных количеств хлорорганических соединений фильтрованием через слой гранулированного активированного угля.
В экспериментах НИИ КВОВ [13] на Тушинской станции перекачки сточных вод перед фильтром, загруженным активным углем, был установлен электролизер проточного типа, осуществляющий «прямой электролиз» сточной жидкости.
Присутствующие в бытовых сточных водах хлориды в электрическом поле превращаются в гипохлориты и другие хлоркислородные соединения. В электролитической ячейке, состоящей из окисно-рутениевых анодов и титановых катодов, под напряжением 4,2 — 4,5 в при токе 0,15А (затраты электроэнергии 0,3 квт-ч/м3 обрабатываемой воды) протекают окислительные процессы органических соединений и аммонийного азота. Концентрация остаточного активного хлора на выходе из электролизера поддерживается на уровне 2 — 3 мг/л.
Разновидностью этого варианта окисления органических веществ и аммиака является электролиз морской воды в количестве до 20% от расхода бытовых сточных вод. При этом образующаяся при электролизе морской во 20 ды гидроокись магния связывает фосфаты и аммонийный азот с образованием комплексной соли. Одновременно выделяющимся хлором осуществляется обеззараживание воды и частичное окисление органических соединений [15,39,40].
Модифицированный коэффициент готовности как обобщенный показатель надежности технологии очистки периодических сбросов сточных вод
По данным С. Бедимогова [32] механические включения крупностью более 4 мм составляют не более 15% от всех взвешенных веществ, поступающих от каждого жителя в сточные воды. Опыт работы экспериментальных решеток и процеживателей с прозорами 1,5 - 2,0 мм [4] показывает, что на них задерживается до 20г/чел сут механических примесей из 65г/чел сут взвешенных веществ, рекомендуемых в СНиП [14], в том числе задерживается и большая часть песка.
В связи с этим целесообразно на установках физико-химической очистки сточных вод предусматривать устройства фильтрующие самоочищающиеся (УФС), применяемые на очистных станциях небольшой производительности рядом отечественных и зарубежных фирм. Так, компания «Экое», ООО «Инекс» выпускают УФС 5 типоразмеров на пропускную способность в диапазоне от 5 до 200м /час. Если расход сточных вод не превышает 5 м3/ч, то целесообразно использовать для процеживания фильтрующие корзины или разовые фильтрующие мешки из полимерной сетки [51].
Осадок, задерживаемый на УФС или в фильтрующих корзинах и мешках, имеет влажность не более 75%. Его целесообразно удалять вместе с твердыми бытовыми отходами на специальные полигоны или мусороперера-батывающие предприятия.
Выведение из сточных вод грубых механических включений стабилизирует работу коммуникаций, особенно эрлифтов, снижает расходование реагентов для последующих операций по коагуляции и отстаиванию взвешенных веществ и коллоидных примесей сточных вод. неравномерен. За 2 - 3 часа может поступить до 40% суточного объема бытовых стоков [3, 59]. Расходы и концентрации загрязнений исходных сточных вод изменяются [3] в широких пределах, поэтому необходимо их усреднение при подаче на глубокую физико-химическую очистку. При этом целесообразно в усреднители направлять прошедшие УФС сточные воды, чтобы на дне емкости не отлагались и не спрессовывались механические примеси, удаление которых требует достаточно много времени и ручного труда. Объем усредняющих емкостей изменяется от половины суточного поступления сточных вод для расходов до 25 м3/сут и плавно снижается до 30% суточного притока для 200 м3/сут и до 20% для 5000 м 3/сут [32]. Для расхода сточных вод до 1000 м3/сут можно принять к использованию эмпирическую формулу [32]:
Как известно, бытовые сточные воды состоят на 42% из минеральных и 58% из органических веществ[5, 7]. Величина рН составляет преимущественно от 6,6 до 6,9. Из минеральных примесей представлены аммонийный азот, хлориды, соединения фосфора, значительное количество поверхностно 43 активных веществ, в том числе СПАВ. Поэтому при применении коагулянтов и флокулянтов следует учитывать их воздействие как на органические вещества, так и на взаимодействие с минеральными примесями сточных вод.
Установлено, что при коагулировании коллоидных частиц алюмосодер-жащими коагулянтами, потребность в них и эффективность коагуляции зависят от параметров исходной сточной жидкости: щелочности, рН, концентрации и степени дисперсности загрязнений, температуры, гидродинамических условий и т. д. [6, 10, 11]. В случае совместного применения оксихлори-дов и оксисульфатов алюминия определенной степени основности имеется возможность корректирования влияния параметров исходной воды на процесс коагуляции.
Выполнение первого условия обеспечивает дестабилизацию частиц, второго - создает благоприятную ситуацию для кинетики хлопьеобразования и коа гуляции. При коагуляции возможны два явления: - формирование хлопьев за счет слипания дестабилизированных частиц и механическое разрушение хлопьев при их перемещениях и столкновениях. Поэтому оптимальная доза коагулянта складывается из двух составляющих: - обеспечивающей требуемую вероятность слипания частиц и дающей дополнительное количество твердой фазы для удовлетворения кинетических требований процесса. Первая составляющая зависит от содержания взвешенных веществ в сточной воде и возрастает с увеличением их количества, а вторая — уменьшается с увеличением количества взвесей. Чем мельче взвесь, тем больше требуется коагулянта. Очень значима основность коагулянта для конкретного вида сточных вод и их примесей, от него зависит экономия коагулянта.
Рассмотрим коагуляцию ряда органических примесей сточных вод. Кар-боновые кислоты, класс органических соединений, содержащих карбоксильную группу (карбоксил). В зависимости от природы радикала, связанного с группой — СООН, карбоновые кислоты могут принадлежать к алифатическому (жирному), алициклическому, ароматическому или гетероциклическому ряду. Как правило, карбоновые кислоты слабее минеральных. Константы диссоциации одноосновных насыщенных кислот жирного ряда при 25С изменяются от 1,7-10"4 (муравьиная кислота) до 1,3-10"5 (высшие гомологи). Сила карбоновых кислот существенно зависит также от электрофильности радикала, связанного с карбоксилом. Дикарбоновые кислоты сильнее монокар-боновых, причём влияние одного карбоксила на другой тем больше, чем они ближе расположены друг к другу. Ароматические кислоты сильнее предельных алифатических (например, константа диссоциации бензойной кислоты 6,5-10"5). Карбоновые кислоты — жидкие (например, низшие жирные кислоты) или твёрдые (например, высшие жирные и ароматические кислоты) вещества. Низшие члены насыщенных карбоновых кислот жирного ряда хорошо растворимы в воде, средние члены (С4 — Сю), а также ароматические кислоты — ограниченно, высшие жирные кислоты в воде не растворимы; как и ароматические кислоты, они хорошо растворяются в спирте, эфире, бензоле. Такого рода кислоты входят в состав природных жиров. Кислотами ароматического ряда являются, например, бензойная кислота СбН5СООН, салициловая или орто-окси-бензойная кислота НО-СбНгСООН.
Поскольку сетка ароматического углеводорода составляет гидрофобную часть молекулы, а гидрофильные свойства определяются наличием атомных группировок в боковых радикалах, то соотношение в молекуле ароматических и алифатических структур определяет гидрофильность органических веществ. Органические кислоты могут адсорбироваться на поверхности продуктов гидролиза коагулянтов или могут образовывать соли с катионами металлов (или заряженных групп гидроксокомплексов металлов, в частности, алюминия). Так как диссоциация органических кислот начинается при определенном рН среды, то вопрос оптимального значения рН является очень важным и требует более подробного рассмотрения. При низких значениях рН гидроксокомплексы алюминия вообще могут не участвовать в реакции с кислотами. Но, с другой стороны, при введении в обрабатываемую воду алю-минийсодержащих реагентов в системе, в результате гидролиза соли, образуются катионы алюминия и ионы водорода. И те, и другие способны вступать в реакцию с органическими кислотами - лигандами (кислоты в среде, характерной для большинства сточных вод, находятся в частично ионизированном состоянии, ионизированная форма органической кислоты является лигандом). Коагулирующая способность лигандов обусловлена тем, что они могут поделить электронную пару с ионом металла, образуя соединение следующего типа:
Лабораторные, полупроизводственные и промышленные установки
Процесс физико-химической очистки сточных вод многостадийный и осуществляется поэтапно: от выделения грубых механических примесей и взвешенных веществ до извлечения растворенных и коллоидных примесей за счет коагуляции, сорбции, деструкции как природными реагентами, сорбентами, так и с использованием искусственно изготовленных препаратов и катализаторов. Для обеспечения взаимосвязи и взаимообусловленности параметров, а также разработки методики расчета и создания принципов управления установкой в направлении увеличения коэффициента готовности требуется изучение как индивидуального, так и совместного действия узлов технологической схемы очистки сточных вод.
На первом этапе оценено влияние исходного солесодержания жидкости для приготовления рабочих растворов и сохранения активности коагулянтов и флокулянтов при выделении примесей из сточных вод. На втором - изучены показатели эффективности снижения содержания основных нормируемых загрязнений при обработке хозбытовой сточной воды коагулянтами и флокулянтами. На третьем — исследовано удаление аммонийного азота сорбцией из осветленной сточной жидкости, а также реагентные способы регенерации сорбентов. На четвертом - проводилось промышленное апробирование разрабатываемой технологии очистки сточных вод на реальной сточной жидкости с помощью передвижной мобильной установки.
Готовность узла физико-химической очистки сточных вод к совместному выполнению функций зависит от системы смешения, хлопьеобразования, отстаивания и фильтрования, что, в свою очередь, зависит от наименее на 71 дежного элемента, которым будет являться механическое оборудование, например, насосы для перекачки сточных вод или насосы-дозаторы, вероятность безотказной работы которых по техническому паспорту составляет 0.95. Тогда коэффициент готовности данного узла также будет равен 0,95. Поэтому нами была изучена взаимосвязь отдельных элементов узла физико-химической очистки: от приготовления смешения реагентов до фильтрования.
Влияние солесодержания воды для приготовления рабочего раствора коагулянта на процесс коагуляции, выбор коагулянта и флокулянта
Оценку влияния исходного солесодержания воды для приготовления рабочих растворов коагулянтов и флокулянтов на сохранение их активности в условиях периодического использования в течение 1—30 суток проводили в режиме пробного коагулирования (32 серии экспериментов) на примере поверхностных сточных вод ООО «Ростсельмашэнерго», поступающих на очистные сооружения при выпадении атмосферных осадков.
В качестве исходных для обработки коагулянтом выбрали промливне-вые сточные воды предприятия, т.к. в существующей технологии очистки предусмотрено применение коагулянта «Аква-Аурат - 30» на этапе доочистки химически загрязненного стока и для осветления промливневых вод.
Изучение влияния солесодержания воды для получения рабочего раствора коагулянта на качественные и количественные показатели коагуляции проводили в четыре серии. Для растворения коагулянта использовали дистиллированную воду, а заданное солесодержание (0, 500, 1000, 1500 мг/л) регулировали внесением необходимого количества NaCl.
Приготовление рабочих растворов коагулянта на воде с различным со-лесодержанием вели последовательно: а) приготовление 15% раствора «Аква-Аурат 30» (по рекомендации производителя коагулянта [79]); б) разбавление 15% раствора «Аква-Аурат 30» водой соответствующего солесодержания до 1% раствора.
Пробное коагулирование [80] проводили следующим образом: в цилиндры объемом 2 л наливали 1 л исходной сточной воды, дозировали 1% раствор «Аква-Аурат 30», затем в течение 2 минут осуществляли быстрое перемешивание на механической мешалке (250 об/мин.), 10 мин. - медленное перемешивание (40 об/мин.) - для имитации прохождения воды по сооружениям. После отстаивания в течение 30 мин. определяли прозрачность обработанной воды по шрифту Снеллена.
Прозрачность исходной воды по шрифту Снеллена — 7 см. Эксперименты проводили в трех повторностях. Средние из 3 опытов результаты пред ставлены в таблице 4.1. Таблица 4.1 Показатели обработки промливневьгх сточных вод (доза 0.6 мг/л по А12Оз) № Солесодержание воды дляприготовления рабочегораствора коагулянта, мг/л Результаты визуального наблюдения после отстаивания Прозрачностьпо шрифту Снеллена, см 1 0 Мелкие взвешенные хлопья, равномерно распределенные по всему объему, осадок на дне 6 мм 30 2 500 Мелкие взвешенные хлопья, равномерно распределенные по всему объему, осадок на дне 6 мм, слабая опалесценция 26 3 1000 Мелкие взвешенные хлопья, равномерно распределенные по всему объему, осадок на дне 6 мм, слабая опалесценция 26 4 1500 Мелкие взвешенные хлопья, равномерно распределенные по всему объему, осадок на дне 6 мм 31 Дозу коагулянта приняли равной 0,6 мг/л по АЬОз, т.к. именно такая дозировка используется в процессе очистки сточных вод на данных очистных сооружениях.
Анализ полученных результатов (таблица 4.1) позволяет сделать следующие выводы: - растворение сухого реагента происходит лучше на дистиллированной воде, в других пробах растворение происходило с приблизительно одинаковой эффективностью; - очевидной зависимости прозрачности осветленного раствора от исходного солесодержания воды, используемой для приготовления рабочего раствора коагулянта, не выявлено, возможно, из-за низкой дозировки реагента.
Обобщая данные таблиц 4.1 и 4.2, можно сделать вывод о том, что солесодержание воды для приготовления рабочего раствора коагулянта в рассматриваемых пределах (0-1500 мг/л) на процесс хлопьеобразования влияния не оказывает. Поэтому в дальнейших исследованиях рабочие растворы реагентов готовили на водопроводной воде. А. Выбор коагулянта
Цетаг 66 4,6 Осадок пылевидный и мелкие хлопья, 6% от общего объема Из анализа прозрачности очищенных вод с учетом объема образующегося шлама следует вывод: наилучшими по скорости хлопьеобразования, осаждения и качеству осветления проб являются флокулянты «Фенопол» и Magnaflok LT30. Однако вязкость и клееобразность 0,1% рабочего раствора Magnaflok LT30 вызывает затруднения с дозированием, к тому же объем шлама в этом случае на 2% больше.
Таким образом, при реагентной обработке промливневых сточных вод для снижения времени отстаивания и повышения эффективности выделения взвешенных веществ приготовленный на водопроводной воде рабочий раствор коагулянта «Аква-Аурат 30» следует вводить одновременно с флокулянтом. С учетом этого сокращается время на ввод в процесс реагентного узла, что повышает коэффициент его готовности до 0,95.
Целью данного этапа исследований являлось получение на основании экспериментальных данных уравнения регрессии, которое бы описывало эффект очистки хозяйственно-бытовых сточных вод в зависимости от различных факторов: расхода, дозы вводимого коагулянта, дозы вводимого флокулянта, частоты оборотов мешалки, что одновременно является основанием для управления процессом очистки сточных вод и оценкой коэффициента готовности. Принципиальная схема опытно-промышленной установки приведена на рисунке 3.1. На смеситель подавалась сточная вода, прошедшая механическую очистку на решетках, песколовках и первичных отстойниках. Подача и коагулянта, и флокулянта осуществлялась также в смеситель. Значения уровней и интервалов факторов, от которых зависит эффект очистки, представлены в таблице 4.5.
Расчет модифицированного коэффициента готовности физико химической технологии очистки периодических сбросов сточных вод
Это позволяет обеспечить уничтожение микроорганизмов всех видов и форм (бактерий, микобактерий, вирусов, грибов, спор, паразитов и микробных токсинов), одновременно путем каталитической и электрохимической деструкции разрушить токсичные органические соединения (фенолы, трига-логенметаны, гербициды, пестициды, поверхностно-активные вещества), исключить вероятность образования токсичных тригалогенметанов, благодаря отсутствию свободного хлора в воде и, наконец, удалить ионы тяжелых металлов, в том числе железа, марганца и др.
Электрокаталитическая обработка по окислительному воздействию на несколько порядков превосходит природные процессы детоксикации. В анодной камере электрокаталитического аппарата вода в течение долей секунды насыщается высокоактивными окислителями: НСЮ, Н202, ОН , Н02" [44,45].
Процессы прямого электролитического окисления (на поверхности электрода) и электрокаталитического окисления (на каталитически активных центрах адсорбента-катализатора) обеспечивают деструкцию органических примесей и уничтожение микроорганизмов.
При переходе электронов из органических соединений на анод обычно возрастает число (или кратность) кислородсодержащих связей (С-О, N-O, S-О и т.п.), либо уменьшается число водородсодержащих связей (С-Н, N-H, S-Н и т.п.), например: RCHO - RCOOH; R2CHCHR2 -+ R2C=CR2.
В катодной камере протекают следующие реакции с образованием высокоактивных окислителей: ОН , Н202, Н02 , 02 .
Кроме образования нерастворимых гидроксидов тяжелых металлов (Меп++пОН — Ме(ОН)п) в катодной камере происходит прямое электролитическое восстановление (на участием адсорбента-катализатора и по гидратированных электронов) многозарядных катионов тяжелых метал лов: Меп++е-»Ме, например, Hg2++2e- 2Hg; РЬ2++2е-»РЪ; Cu(NH3)2++e- Cu+2NH3.поверхности электрода), а также электрокаталитическое восстановление (в объеме воды с участием адсорбента-катализатора и по гидратированных электронов) многозарядных катионов тяжелых метал лов: Меп++е-»Ме, например, Hg2++2e- 2Hg; РЬ2++2е-»РЪ; Cu(NH3)2++e- Cu+2NH3.
Указанные процессы снижают токсичность воды, обусловленную наличием ионов тяжелых металлов, за счет перевода их в естественную устойчивую, биологически неактивную форму существования в природе. Ионы тяжелых металлов в форме нерастворимых гидроксидов могут быть удалены из воды различными путями, например, отстаиванием, фильтрацией.
Пероксид водорода, который образуется при проведении процесса в электрокаталитическом аппарате, участвует в реакциях разрушения сероводорода, других вредных и придающих воде неприятный запах веществ.
Конечными продуктами этих реакций являются нетоксичные, безвредные и безопасные в нормативных концентрациях для человека соединения, такие как тиосульфата и сульфаты.
Таким образом, применение катализаторов ряда АК с электрохимической активацией обеззараживания существенно расширяет возможности физико-химической технологии очистки: не только хозяйственно-бытовых сточных вод, но и промышленных. Однако конкретные параметры в каждом случае должны быть получены на стадии технологических изысканий.
Анализ бактерицидной активности (рисунок 4.13) катализаторов серии АК свидетельствует о допустимости их использования в техпроцессе как для очистки, так и для обеззараживания при скоростях фильтрования 5-7 м/ч. В то же время, для полного, 100%, обеззараживания требуется дополнительная обработка, например, применение УФ элементов.
Комплекс выполненных работ по физико-химической очистке сточных вод показал необходимость создания передвижной установки для проведения изыскательских работ для отработки проектных параметров по очистке сточных вод при реконструкции действующих сооружений или для получения данных для нового проектирования на базе объектов-аналогов.
Исследование элементов технологии физико-химической очистки сточных вод На следующем этапе исследований проведено промышленное апробирование разработанной технологии с помощью мобильной установки на реальных периодических сбросах сточных вод производства минеральных удобрений (ОАО «ЕвроХим-БМУ», г. Белореченск, Краснодарский край).
Данная экспериментальная мобильная установка предназначена для очистки хозяйственно-бытовых и сходных по составу с ними промышленных сточных вод физико-химическими методами. Собственные потребности в воздухе и электроэнергии обеспечивались самостоятельно: для подачи необходимого количества воздуха используется воздуходувка с расходом 27 м3/ч и напором 3 м, а для подачи электроэнергии - существующая сеть. Очищенная вода использовалась для технических нужд - промывок и регенераций фильтров.
Режим промышленных испытаний мобильной очистной установки физико-химической очистки сточных вод На мобильной установке реализованы следующие физико-химические методы очистки: а) Реагентный способ удаления соединений фосфора и осветления сточной воды. В качестве реагента применялся коагулянт «Аква-Аурат-30» (алюминия оксихлорид) фирмы «Аурат». Для интенсификации процесса коагуляции и осаждения применялся флокулянт. По приведенной в п. 4.1.1 схеме предварительно была проведена сравнительная оценка различных флокулянтов, в результате которой как наиболее эффективный принят высокомолекулярный флокулянт Праэстол-650ВС.
Для реализации этого метода в состав мобильной установки входили узлы растворения и дозирования коагулянта и флокулянта, их последующего смешения со сточной водой, а также отстаивания образующихся хлопьев в отстойнике. б) Способ извлечения аммонийного азота путем фильтрования сточной воды через природный ионообменный материал - цеолит клиноптилолит [76 78].
Для изучения этого способа в состав установки входил фильтр, загруженный цеолитом с размером фракций 5-7 мм. Для периодической регенерации цеолита применялись растворы NaOH и NaCl. Цеолиты по своей химической природе представляют собой водостойкие, химически устойчивые алюмосиликаты с некомпенсированными группами SiC 2. Около этих групп размещаются противоионы Na+, Са2+, К+, способные обмениваться на находящиеся в воде катионы, в частности ионы аммония. Цеолиты содержат не менее 40 % SiC 2, а высококремнеземные — до 80 % SiC 2. Для адсорбции из воды аммонийного азота наиболее эффективны цеолиты, содержащие максимальное количество кремнезема. Сущность очистки заключается в обмене ионов натрия клиноптилолита на содержащиеся в воде ионы аммония. Материал, исчерпавший обменную емкость, подвергают регенерации. Она обычно происходит в процессе пропускания через него раствора хлористого натрия (5-10 %) до полного удаления N-NH4 с зерен загрузки. В результате регенерации обменная емкость клиноптилолита восстанавливается полностью. Фильтр был оснащен системой водовоздушной промывки.
