Введение к работе
Актуальность работы. Решение проблем, связанных с защитой окружающей среды, в том числе и водоемов, от загрязнений сточными водами, является одной из важнейших задач нашего времени
Существующие технологии очистки сточных вод от органических и биогенных соединений, потребляют электроэнергии в 1,4-2,5 раза больше по сравнению с технологиями очистки сточных вод только от органических загрязнений. Анализ отечественных и зарубежных литературных источников показывает, что в настоящее время основным направлением развития и совершенствования методов биологической очистки сточных вод от азота и фосфора является разработка энергоэффективных технологий, стабильно обеспечивающих требуемое качество очищенной воды. Одним из наиболее перспективных методов очистки городских сточных вод является технология Dephanox, разработанная в 1990-е годы. Однако, опубликованные сведения о работе сооружений по технологии Dephanox, говорят о нестабильной их работе в реальных условиях значительных колебаний поступающей нагрузки.
Данная работа рассматривает и решает вышеозначенные проблемы, что подтверждает ее актуальность.
Работа проводилась в рамках федеральной целевой программы «Развитие водохозяйственного комплекса Российской Федерации в 2012-2020 годах», а также плана научно-исследовательских работ Курьяновского отделения Инженерно-технологического центра ОАО «Мосводоканал».
Цель работы состояла в создании энергоэффективной технологии биологической очистки от биогенных элементов сточных вод, поступающих на городские очистные сооружения, стабильно обеспечивающей заданное качество очистки при минимальных энергозатратах, и отработка данной технологии на реальной сточной воде.
Поставленная цель предопределила постановку следующих задач:
- разработать энергоэффективную технологию биологической очистки сточных вод с использованием дефосфатации в аноксидных условиях, стабильно обеспечивающей качество очищенной воды на уровне ПДК для водоемов рыбо-хозяйственного назначения по биогенным элементам;
- разработать математическую модель работы аэротенков по технологии удаления биогенных элементов в условиях реального характера изменений поступающих на сооружения загрязнений;
- исследовать основные закономерности и обосновать оптимальные технологические параметры реализации процесса биологической очистки сточных вод с использованием дефосфатации в аноксидных условиях на реальных городских сточных водах в лабораторных условиях;
- определить кинетические параметры процессов биологической очистки городских сточных вод от азота и фосфора при реализации технологии с использованием дефосфатации в аноксидных условиях;
- отработать в полупромышленных условиях на реальных сточных водах технологию биологической очистки сточных вод с использованием дефосфатации в аноксидных условиях;
- разработать методику расчета аэротенков, при реализации технологии с использованием дефосфатации в аноксидных условиях для очистки городских сточных вод;
- выполнить технико-экономическую оценку разработанной технологии биологической очистки сточных вод от биогенных элементов с использованием дефосфатации в аноксидных условиях.
Основная идея работы состоит в снижении энергозатрат на проведение биологической очистки на очистных сооружениях, за счет внедрения технологии с дефосфатацией в аноксидных условиях.
Методы исследований включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, лабораторные и полупромышленные исследования по стандартным методикам.
Достоверность полученных данных подтверждается длительностью и большим объемом экспериментов, проведенных на реальных городских сточных водах в лабораторных и полупромышленных условиях, применением стандартизированных методик измерения и анализа данных.
Научная новизна работы:
- отработана в лабораторных условиях технология процесса дефосфатации в аноксидных условиях для реальных городских сточных вод России и подтверждена ее эффективность;
- определены константы уравнений ферментативной кинетики, описывающих биохимические процессы технологии удаления биогенных элементов с дефосфатацией в аноксидных условиях;
- определены основные зависимости скоростей биохимических процессов от параметров реализации технологического процесса в лабораторных и полупромышленных условиях на реальных городских сточных водах;
- разработана динамическая математическая модель, позволяющая решать оптимизационные задачи минимизации энергозатрат на окисление органических соединений и процессы нитрификации;
- разработана методика расчета аэротенков, работающих по технологии биологической очистки от биогенных элементов с дефосфатацией в аноксидных условиях.
Практическое значение работы:
- разработана технология удаления биогенных элементов из сточных вод, основанная на многоиловой схеме раздельного окисления аммонийного азота и органических соединений «М-Дефанокс»;
- разработаны конструктивные решения реализации технологии биологической очистки городских сточных вод с использованием дефосфатации в аноксидных условиях на очистных сооружениях;
- определены технологические параметры эксплуатации сооружений, работающих по технологии биологической очистки сточных вод с использованием дефосфатации в аноксидных условиях для городских сточных вод, обеспечивающие качество очищенной воды, удовлетворяющей значениям ПДК для водоемов рыбо-хозяйственного назначения;
- разработана методика расчета сооружений, при реализации технологии с использованием дефосфатации в аноксидных условиях для очистки городских сточных вод;
- апробирована и отработана в полупромышленных условиях на пилотной установке производительностью 2 м3/сут технологическая схема удаления биогенных элементов «М-Дефанокс»;
- определен экономический эффект реализации технологии биологической очистки сточных вод с использованием дефосфатации в аноксидных условиях для городских сточных вод и проведено сравнение с технологией UCT.
Реализация результатов работы. Результаты исследований были использованы при реконструкции канализационных очистных сооружений ООО «Новоуренгойский зазохимический комплекс», г. Новый Уренгой, производительностью 125000 м3/сут.
Основные положения, выносимые на защиту:
- обоснование эффективности применения технологии биологической очистки городских сточных вод от биогенных элементов при реализации процесса дефосфатации в аноксидных условиях;
- результаты исследований основных закономерностей биохимических процессов при очистке городских сточных вод от биогенных элементов с использованием дефосфатации в аноксидных условиях на лабораторной установке;
- конструктивное оформление технологии очистки городских сточных вод от биогенных элементов с использованием дефосфатации в аноксидных условиях для городских сточных вод;
- обоснование оптимального технологического режима работы сооружений биологической очистки городских сточных вод с использованием дефосфатации в аноксидных условиях, обеспечивающих заданную эффективность очистки при минимальных расходах воздуха;
- результаты работы на реальной сточной воде пилотной установки, реализующей технологию биологической очистки от биогенных элементов с дефосфатацией в аноксидных условиях;
- методика расчета сооружений биологической очистки городских сточных вод от биогенных элементов с использованием дефосфатации в аноксидных условиях;
- показатели экономической эффективности разработанной технологии.
Апробация работы. Изложенные в диссертационной работе материалы докладывались и обсуждались на 1-ой Центрально-Азиатской конференции «Опыт и молодость в решении водных проблем» 2011 г, 69-ой Всероссийской научно-технической конференции «Традиции и инновации в строительстве и архитектуре» 2012 г, 4-ой Восточно-Европейской конференции IWA «Опыт и молодость в решении водных проблем» 2012 г, XVII Региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области 2012 г, Научно-практической конференции, посвященной памяти академика РАН С. В. Яковлева – «Яковлевские чтения» 2012 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Работа по теме диссертации получила первую премию «Акватор» фонда поддержки молодых ученых в области водоснабжения и водоотведения «Акватория» в номинации «Научные исследования в области водоотведения» в 2012 г.
Личный вклад автора состоит в выдвижении идей, научном обосновании, постановке и проведении исследований, анализе результатов, разработке технологии и ее внедрении.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 136 страницах машинописного текста, включает 18 таблиц, 69 рисунков, и состоит из введения, 5 глав, основных выводов, библиографического списка использованной литературы из 119 наименований.
