Введение к работе
'' ~Ч
:соН1Хкау$льность темы. Интенсивное развитие промышленного И сельскохозяйственного производства, стремление к росту уровня благосостояния населения во всех регионах планеты, в той числе в развивающихся странах, обостряют проблеиу обеспечения потребителей водой требуемого качества и выводят в число наиболее актуальных вопросы защиты природных водоисточников от загрязнения коммунальными и производственными с точні ми водами.
Среди направлений дальнейшего усовершенствования иетодов биологической очистки сточных вод, обеспечивающих глубокую степень изьятая и переработки загрязнений, особое внимание специалистов в последние годы привлекают комбинированные много- (чаще двух-) ступенчатые схемы, в которых используются микроорганизмы как прикрепленных, так и свободнопервмещающихся форм обитания.
В классических вариантах двухс упенчатьк схем биофильтраци-ояной очистки сточных вод движутся по технологической цепочке, включающей такие ооорукения: биофильтра первой ступени - промежуточные отстойники перв'й ступени - биофильтры второй ступени -отстойники второй ступени. В данной схеме промежуточные отстойники предназначены для разделения биоценоэсв I и 2 ступени и предотвращения заилиьания загрузки биофильтрог 2 ступени.
Применение новых модификаций аагруаки биофильтров, прежде' всего - блочных, высокопустотных, позволяет рассмотреть вариант технологической двухступенчатой схемы биофильтрации без промежуточного отстаивания частично очищенных сточных вод в условиях регулирования гидравлической и органической нагрузки на вторую ступень, чгі предотвращает опасность заиливания биореакторов второй ступени, Такой вариант схемы позволяет более глубоко использовать адгезионно-оорбцйонный и биоокислительный потенциал бип-' логической пленки, отторгнутой и вынесенной из биофильтров первой ступени и двигающейся вместе с очищаемой сточной жидкостью внут -ри загрузки биофильтров второй ступени.
В литературе отсутствуют сведения о подобных технологических схемах двухступенчатой биофильтрационной очистки сточных род без промежуточного отстойника после реакторов первой ступени. Актуальность работы связана с перспективой сокращения капитальных затрат за счет отказа от строительства блока промежуточного отстаивания после первой ступени биофильтров при сохранении я возможном увеличении общей окислительной мощности сооружении га счет
глубокого использования адсорбционко-окислительного потенциала отторгнутой биопленки.
Цель работы. Разработка и исследование технологической схемы двухступенчатой биофильтрации среднэконцентрироэанных городских и близких к кии по составу производственных сточных вод без промежуточного отстаивания между первой и второй ступенями, с пре-дотаращог.юи опасности заиливания биофильтров второй ступени путем использования модифицированной блочной загрузки и выбора рациональных значеній гидравлической нагрузки на второй ступени биофильтров.
Основные задачи исследований. Для достижения поставленной цели необходимо было^решить следующие основные задачи:
анализ и систематизация имеющихся сведений о достоинствах и недостатках двухступенчатых схем биологической очистки сточных вод с использованием прикрепленных и свободнодвижущихся фэри биоценоза;
разработка технологической схемы двухступенчатой очистки среднеконценгрированных по ЪПКГ10т и взвешенным веществам сточных вод в биофильтрах с высокопустотной блочной загрузкой без промежуточного оготойника и создание соответствующего экспериментального комплекса для проведения сопоставительных исследований
с аналогичной схемой, включающей промежуточный отстойник меяду первой и второй ступенями биофильтров;
- исследование технологической эффективности и экономической
целесообразности исключения отстойника из двухступенчатой охеш
блофилвтрапиониой очистки сточных вод;
обоснование " модели описания процесса изьятия и
переработки загрязнений по ступеням технологической схемы в контрольном (с промежуточным отстойником) к опытном (без промекуточ-кого отстойника) варианте ;для разработки методики расчета рациональных вначений гидравлической и органической нагрузки на биофильтры по ступеням;
разработка практических рекомендаций для реализации двухступенчатой технологии биофильтрапиояной очистки сточных вод по предлокенной схеме; ,
технико-экономическая оценка предлокекной технологической схемы очистки сточных вод.
Научная новизна работы. Теоретически обоснована и экспериментально проверена возможность исключения из схемы двухступенчатой биофильтрационной очистки сточных вод отстойника после первой ступени, биофильтров на базе модели кинетики процесса сорбционно-окислительного изъятия и переработки загрязнений сточных вод в. начальной и последующих стадиях.
Показана нецелесообразность применения для описания процесса двухступенчатой биофильтрации сточных вод математических зависимостей, основанных на классических представлениях о кинетике ферментативных реакций; представления о кинетике процесса в условиях нестационарности могут базироваться на учете параллельного протекания адгезионно-сорбционно-окислительных процессов как на прикрепленной, так и на отторгнутой биопленке.
Предложены общая модель процесса изьятия и переработки органических загрязнений на основе кинетической реакции первого порядка, и уравнение для определения эффекта очистки с учетом обобщенного коэффициента скорости процесса зависимости от начальной концентрации загрязнении, гидравлической натрузки, высоты слоя загрузки.
Определены условия незаиливания биофильтров второй ступени биопленкой, вынесенной из первой ступени, при использовании в качестве загрузки высокопустотных перфорированных блоков, а также выборе рационального соотношения гидравлической нагрузки на .биофильтры первой и второй ступени.
Практическая ценность работы. Разработана технологическая схема двухступенчатой очистки среднеконцентрированных сточных вод на базе применения биофильтров о высонопустотной перфорированной блочной загрузкой без промежуточного отстаивания между первой и второй ступенями.
Предложена методика расчета рационального распределения гидравлической нагрузки по биофильтрам первой и второй ступени двухступенчатой схемы биофильтрации без промежуточного отстойника э зависимости от БПКП0ЛН поступающих и очищенных сточных вод и высоты загрузки реактора по ступеням схемы.
Разработаны, переданы институту "Киевагропроект" и использованы в реальном проекте рекомендации двухступенчатой (без промеяу-точного .отстаивания) схемы биофильтрационной очистки сточных вод Яготинской птицефабрики.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований доложены на 50 , 51, 52-й научно-практи-
Z-4-SZ з
чзских конференциях Киевского инженерно-строительного института в I989-I99I гг., на Межгосударственной (Всесоюзной) научно-технической конференции "Основные направления развития водоснабжения, водоотвадения, очистки природных и сточных вод н обработки осадков" (Харьков, 1990 г.); на научной конференции Украинского института инженеров водного хозяйства "Совершенствование систеи водоснабжения, водоотведения и очистки сточных вод" (Ровно, 1990 г.).
По техш диссертации опубликовано 2 работы и подана заявка на авторское свидетельство.
На защиту выносятся следующие основные положения:
Технологическая схема двухступенчатой биофильтрационной очистки среднеконцентрированных городских и близких к ним по сое- . таву производственных сточных вод без устройства промежуточного отстойника между биореакторами первой и второй ступеней с загрузкой биофильтров высокопустотныш перфорированными блоками.
Результаты исследований влияния начальной концентрации загрязнений, гидравлической нагрузки и высоты слоя загрузки на эффективность очистки сточных вод при условии гарантированного незаиливания биореактора второй ступени без извлечения, из частично очищенных сточных вод бяопленки, вынесенной из биофильтров первой ступени. ~
Математическое описание процесса двухступенчатой биофильтрационной очистки сточных вод о учетом обобщенного коэффициента скорости изъятия и переработки загрязнений по ступеням биофильтрации.
Методика расчета гидравлических нагрузок по ступеням биофильтрации .
Технико-акономичеокие показатели разработанной технологиче-' ской схемы.
Обьем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы (88 наименований), приложений. Общий обьем диссертации 140 страниц , в число которых входит 137 страниц машинописного текста, 34 рисунка , 6 таблиц.