Введение к работе
з
Актуальность исследований. В настоящее время в России сложилась противоречивая сіггуация, когда рекомендации СНиП 02.04.03-85 не соответствуют требованиям СанПиН по качеству очищенной воды, сбрасываемой в водоемы. В результате повышения требований к качеству очищенных сточных вод при сбросе их в водоемы рыбохозяйетпенного значення, особенно по содержанию в них биогенных элементов, существенно поменялись функции всего комплекса и отдельных, в т.ч. емкостных, сооружений.
В России, как и в других странах, бывшего СССР, нормы водопотребления и, соответственно, водоотведения на одного жителя значительно выше, чем в странах Западной Европы. Поэтому городские сточные воды разбавлены, содержание взвешенных веществ в них. чаще всего, не превышает 150 мг/л, после решеток и песколовок, особенно современных конструкции. Без потребления органических компонентов взвешенных веществ денитрификацня окисленных форм азота не достигается, что требует пересмотра сложившихся представлений о технологической взаимосвязи сооружений механической и биологической очистки.
При ограниченных финансовых возможностях строительства новых водоочистных станций основным методом повышения эффективности является реконструкция и/или интенсификация работы действующих комплексов очистных сооружений, где главным узлом являются сооружения биологической очистки сточных вод.
Резервы интенсификации сооружений биологической очистки кроются в практическом осуществлении трофических взаимосвязей путем сочетания прикрепленных и свободноплавающих микроорганизмов, а также в снижении неравномерности поступления количества загрязнений в единицу времени, в широком применении тонкослойного отстаивания для разделения иловых смесей. Выявление этих взаимосвязей для обеспечения экологической безопасности и повышения экономичности очистных сооружений сточных вод населенных мест составляет актуальность исследований данной работы.
Работа выполнялась в соответствии с научным направлением кафедры «Водоснабжение и водоотведение» РГСУ по госбюджетной теме № 01.9.40001739 - «Совершенствование процессов очистки природных и сточных вод южного региона страны с учетом экологических требований».
Цель работы - обеспечение экологической безопасности и повышение экономичности канализационных очистных сооружений путем описания и применения процесса трехиловои (трехступеїгчатои) биологической очистки сточных вод.
Для достижения поставленной цели потребовалось решение ряда взаимосвязанных задач:
-проанализировать роль и взаимосвязь метаболических обменов микроорганизмов при деструкции загрязнений в биоконвейере очистки сточных вод;
-установить кинетические закономерности роста и жизнедеятельности иловых систем биоконвейера очистки сточных вод по органическим веществам и биогенным элементам;
-установить зависимость прироста сообщества прикрепленных и свободноплавающих микроорганизмов в условиях работы биоконвейера;
-разработать рекомендации на проектирование сооружений биоконвейера и дать технико-экономическую оценку новой биотехнологии очистки сточных вод.
Объект исследования - городские сточные воды и сообщество микроорганизмов в биоконвейере очистной станции.
Предмет исследований - процесс биологической очистки сточных вод в биоконвейере прикрепленных и свободноплавающих микроорганизмов.
Методы исследований включали: оптические, физико-химические и биохимические методы анализа сточных вод лабораторных, лолупроизводетвенных и производственных установок. Жизнедеятельность биомассы оценивали по ферментативной активности. Контроль кинетики роста биоценозов осуществляли с помощью образцов-свидетелей.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений теоретического анализа, моделированием изучаемых процессов, планированием необходимого объема экспериментов, подтверждена удовлетворяющей сходимостью
5 полученных результатов экспериментальных исследований, выполненных в опытно-промышленных и промышленных условиях, с результатами других авторов.
Научная новизна полученных результатов:
-выявлены ферментативные активности устойчивых снмбнотических сообществ микроорганизмов в трехиловой системе биологической очистки сточных вод, обеспечивающие нормативное выделение органических и биогенных элементов;
-получены кинетические зависимости окисления органических примесей, нитри- и денитрифнкации на каждой ступени трехиловой системы очистки сточных вод;
-установлены кинетические параметры процесса, определяющие методологические подходы к расчету конструктивных решений элементов трехиловой системы.
Практическое значение полученных результатов:
-реализация биоконвейера в виде трехиловой системы биологической очистки сточных вод, позволяет вдвое сократить объемы емкостных сооружений для вновь проектируемых очистных станций;
-предложенная система обеспечивает снижение вдвое количества выделяемых на очистной станции осадков сточных вод в виде избыточного активного ила;
-предложенная методика, в действующих очистных станциях канализации, заменой первичных и вторичных отстойников, а также аэротенков на трехиловую систему биореакторов позволяет повысить качество очищаемых сточных вод до уровня требований сброса их в водоем рыбохозяйственного значення без уменьшения производительности и увеличения затрат электроэнергии;
-методические указания и рекомендации на проектирование реконструируемых и строящихся очистных сооружений станций биологической очистки сточных вод позволяют повысить их экологическую безопасность и экологичность.
Реализация результатов работы:
Разработанные в диссертационной работе рекомендации использованы при разработке проектов реконструкции:
6 -очистной станции канализации г. Адлер в трехиловую систему с увеличением производительности с 26 до 41 тыс. м7сутки на базе существующих емкостных сооружений;
-очистной станции ЦАО «Красная поляна» с увеличением производительности с 800 до 2000м7сут; В проектах для строительства очистных сооружений: -п. Курумоч Саратовской области, производительностью 3500м7сут -г. Владивостока, производительностью 100 и 400 тысяч м3/сут и т.д.
На защиту выносятся:
-целесообразность применения биотехнологии очистки городских сточных вод без первичных отстойников обоснована взаимосвязью «субстрат - фермент - продукт»;
-распределение биомасс и видового состава, прикрепленных и свободноплавающих микроорганизмов по ступеням трехнловой системы зависит от скорости ферментативных реакций при очистке сточных вод;
-окисление органических примесей, нитри- и дешггрификация описывается зависимостью параметров процесса биологической очистки сточных вод по этапам его реализации.
Апробация. Основное содержание работы докладывалось на научных конференциях РГСУ (2002 - 2009 тт.), на симпозиумах Российской ассоциации водоканалов и Сочинского водоканала в г. Сочи 2003 - 2005 гг., в научных конференциях «Техновод» в гг. Ростове, Казани, Кисловодске, Калуге (2005 - 2009 гг.).
Публикации. По результатам исследований опубликованы 10 печатных работ, в том числе: 1 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 4 -патента РФ.
Структура н объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и выводов. Работа изложена на 122 страницах основного текста, включает 15 рисунков, 8 таблиц и 2 приложения. Список литературы представлен 107 источниками, из которых 22 - иностранных.
