5406

19

В основу этой технологии положено напорное озонирование. Газовую смесь эжектором подают в напорный резервуар - реактор, где обеспечивается заданное время контакта, а нерастворенный и отра-

ботанный озон отводят через вантуз, под давлением, на. озонирование иловой смеси.

Четвертая глава определяет необходимость и достаточность биогенных элементов по условиям биологической очистки. Для это-

го проведен активный планируемый эксперимент по факторам: ХПК, рН, P(P2O5), N(NH4).

Исследовано пять уровней значений параметров: по ХПК - 120, 240,

определения скорости окисления и дозы биогенных элементов при-

Это уравнение позволяет определить зависимость скорости окисления от четырех факторов - ХПК, рН, P(P2O5) и N(NH4+):

y=a· f1(x1) · f2(x2)· f3(x3)· f4(x4) , где у - скорость окисления; а - коэффициент уравнения регрессии; f1(x1) , f2(x2), f3(x3), f4(x4) - частные зависимости от каждого фактора x1 — ХПК, x2 - рН, x3 - Ρ2O5 , χ4 - NH4+.

По графику методом наименьших квадратов определена зависимость ρ от XПK: f1(x1 ) = b01 + b1x1 +b11x21 , затем по остальным факторам.

Коэффициент a =1—n· Σу4 =1,0. Общее уравнение имеет вид ni=1

Pcp = у = (6,057+0,07862 · x1 -0,00011x21 )·(-0,7691 +0,2517·x2)x x (0,9 1 44 + 0,02308 · x3 - 0,00 1 089 ·х23 )· (l,l 44 - 0,002391 · х4 )

20

Уравнение (5) показывает, что максимальные скорости окисления могут быть при ХПК - не более 360 мг/л, рН 7,5-8; при содержании фосфора 8-12 мг/л, аммонийного азота - не более 40 мг/л.

Место ввода фосфора в аэротенк оказывает существенное влияние

сле 7 часов аэрации ХПКех стало 75,6 мг/л. В аэротенке, куда фосфор вводили через 1, 2, 3, 4 часа от начала аэрации, ХПКех стало, соответственно, 66,5; 66,0; 72,4 и 77,2 мг/л (рис. 7). Введение фосфора эффективно через 1-3 часа от начала аэрации.

опыт 1

ЭХПК,мг/л

опыт 2

опытЗ опыт 4

Рис.7. Зависимость эффекта очистки воды (Эхпк) от времени ввода фосфора (t)

Пятая глава содержит результаты исследований по десульфатации сточных вод.

Эксперименты проводились автором на ПО «Азот» (г. Кемерово) со сточными водами производства капролактама,. имеющими следующие показатели: ХПК= 21-23 г/л, БПК2о =16-18 г/л, содержание циклогексанола 1,5-2 г/л, циклогенсанона 0,2 г/л, адипата натрия 16-

21

18 г/л, взвешенных веществах 10 мг/л, азота аммонийного 60-90мг/л, фосфора 5-20 мг/л, жирных кислот 100-130 мг-экв/л, рН 7,1-7,5.

Опыты выполнялись на четырех метантенках.

В первый и третий метантенки, содержащие сточные воды с сульфатами, добавляли железо (0,4-0,6 г/г SO4 ). Второй метантенк со-

держал сточные воды с сульфатами, четвертый - сточные воды без сульфатов и железа (рис.8).

qr , м3/м3

опыт № 4

опыт № 1,2,3

доза SO4 , г/л

Рис. 8. Удельный выход биогаза (qr) в зависимости от дозы сульфатов:

опыт 1- сульфаты, железо, центрифугирование иловой смеси; опыт 2 - сульфа-

ты; опыт 3 - сульфаты, железо, отстойник иловой смеси; опыт 4 - сульфаты, железо в сточной воде отсутствуют

Опыты показали, что эффективная очистка сульфатсодержащих сточных вод возможна при показателях: рН = 8,5; расход железа 0,55г Fe2O3 /г СS0 ; расход органических соединений 5 с ХПКеn /г СSO ; гидравлическая крупность ила u0 = 0,15 мм/с. Добавка в сульфатсодержащую воду железа увеличивает окислительную мощность метантенков на 21%.

Десульфатация концентрированных сточных вод предприятия «Химпром» (г.Казань), содержащих: крахмальный клейстер в КОЛИ-

22

честве 5 г/л; продукты расщепления крахмала и декстрина - 6 г/л; Na2SO4 - 6 г/л; FeCl2 - 4500 мг/л ; P2O5 - 18,0-35,0 мг/л; NH4 - 210261 мг/л; NaOH - для поддержания рН= 8-8,4, исследована автором на установке (рис. 9).

По результатам исследований получены численные значения: OMХПК/BMso= 3,4-4,4 г/г; CAFe/BMSo - 1,108-1,16 г/г. В результате проведенных исследований установлена доза сульфатов и органических соединений железа для сульфатредукции в процессе очистки при различном составе стоков, в том числе: окисление жиров, углеводородов добавкой в воду сульфатов и окиси железа; очистка сточной воды от сульфатов добавкой органических соединений и окиси железа; очистка сточной воды от окислов железа добавкой сульфатов и органических соединений. Эффект очистки воды от сульфатов равен 55-80%, по ХПК - 75-89%.

Рис. 9. Пилотная установкаанаэробной очистки сточных вод

23

Наличие аммиака в иловой смеси в концентрации 250-580 мг/л не оказывает негативного влияния на процесс очистки. Содержание фосфора в очищенной воде 0,8-3 мг/л, при 32-50 мг/л в исходной сточной воде свидетельствует о нормальных условиях, роста анаэробного ила.

Десульфатация хозяйственно-бытовых сточных вод зависит от состава очистных сооружений и содержания в стоках органических соединений и сульфатов. Экспериментальные исследования проводились на лабораторной установке, приведенной на рис. 10. Исходная вода имела следующие показатели: ХПК=500-1000 мг/л, SO=400500мг/л, Р=5-7 мг/л, NH=20-25 мг/л, СПАВ=2 мг/л.

Рис. 10. Установка десульфатации коммунальных сточных вод:

1 - подача воды; 2 — водяная баня; 3 — анаэробный реактор; 4 — мешалка; 5 - воздух; 6 — биогаз; 7 - сепаратор биогаза; 8 - фильтр с загрузкой стружки железа; 9 - деаэратор биогаза; IO-отстойник; 11 - резервуар

По результатам исследования установлено, что ХПК снижается с 750 - 780 мг/л до 100 - 190 мг/л, SOen до 540 - 570 мг/л, SO8x до 120 - 170 мг/л. Исходная сточная вода содержала 2 - 2,5 мг/л железа в пересчете на Fe2O3, недостающее железо поступало в процессе фильтрации стоков через металлическую загрузку фильтра. Расход

24

железа составил 1,14 по константе KSOFe а расход железной стружки - 0,433 кг Fe на 1 м сточной воды.

При незначительной концентрации органических соединений и сульфатов очистка стоков может быть обеспечена использованием акцептора восстановленной серы и железной стружки. Степень очистки сточных вод при этом составит по сульфатам 82 - 89%, по органическим веществам - до 90%.

Десульфатация сточных вод (фабрика ПОШ, Нижегородской обл.), содержащих 1100-1280 мг/л сульфатов, ХПК 250-330 мг/л будет неполной. Для полного восстановления сульфатов в этом случае необходимо добавить в сточные воды органические соединения.

В исследовании были рассмотрены 2 варианта очистки:1 - восстановление сульфатов на фактическом уровне органических соединений, 2 - введение дополнительного органического питания. Экспериментом установлено, что глубокая очистка сточных вод от сульфатов возможна, если соблюдается соотношени

(Len-Lex)/(CSOen- CSOex ) = l,66/l.

При выборе акцептора предпочтение отдается железу. Соединения железа, как правило, уже содержатся в сточной воде, поэтому при использовании дозирования железа для обеспечения требуемого эффекта очистки, затраты минимальны.

По результатам исследований расход окиси железа определялся на основе соотношения (CAFen- CAFeex )/(CSOen - CSOex) = 0,27/1, (рис.11).

Результаты исследований подтвердили возможность биохимической десульфатации сточных вод фабрики ПОШ в анаэробных условиях (табл.1).

OM,

мг/лсуг

расход окисленных органических соединеней;

расход восстановленных сульфатов

Рис. 11. Зависимость окислительной мощности от окисления органических соединений и восстановления сульфатов сточных вод фабрики ПОШ

Т а б л и ц а 1

Эффективность десульфатации производственных сточных вод фабрики

В шестой главе представлены результаты исследований анаэробной очистки производственных сточных вод.

Сточные воды Мызинского мясокомбината (г. Нижний Новгород) содержат углеводороды, не окисляемые в анаэробных условиях, Жe n =175-206 мг/л, Неen=5 мг/л. Исследования анаэробной очистки сточной воды мясокомбината выполнены на непрерывно действующей установке «БИОСОРБ», с псевдоожиженным слоем гранулиро-

26

Для оценки совместного воздействия факторов ХПКех, NНех, Рeх и Жех построены четыре графика зависимости окислительной мощности. Графические зависимости построены на основе расчетов с помощью программного пакета Mathcad 2000 Professional. B оценке скорости очистки приемлема зависимость смешанного торможения анаэробного микробиологического процесса, дополненная фактора-

ми

Исследования показали высокую эффективность очистки воды с применением гранулированного активного ила (рис.12).

Содержание органических загрязнений по ХПК снизилось с 12543600 до 172-214 мг/л, OM увеличилась до 263-327 г/м3 · ч, содержание жиров снизились с 175-206 до 2,1-4,2 мг/л. Статистически определе-

тематическая модель адекватна. ОМ в г/м3·ч.

Рех

Рис.12. Зависимость OM от содержания фосфора в исходной воде (Мызинский мясокомбинат)

27

Очистка сточных вод производства антибиотиков исследована на предприятиях АО «БИОСИНТЕЗ» (г.Пенза), АО «ФЕРЕЙН» (г. Москва) по производству тетрациклина, олеандомицина и бензилпенициллина. Сточные воды - концентрированные отработанные нативные растворы и мицелий из культуральной жидкости. Раствор содержит неорганические вещества в виде сульфатов и соединений металлов с суммарной концентрацией 5-11 г/л.

Исследования показали: гранулированный активный ил анаэробных реакторов обеспечивает очистку концентрированных сточных вод с ХПКеп 21220 до ХПКех 1050 мг/л, по взвешенным веществам - с 1912 до 482 мг/л при OM= 1533 г/м3·сут. Степень очистки недостаточна для сброса стоков в канализацию города - необходима доочистка иловой воды на фильтре, встроенном в аппарат «БИОСОРБ». Условия для сульфатредукции благоприятные: содержание сульфатов в воде снизилось с 1093 до 50 мг/л. На основе проведенных исследований автором разработаны рекомендации по проектированию производственных установок.

Сточные воды предприятий целлюлозно-бумажной промышленности (Светогорский ЦБК, п.Советский, Ленинградской обл.) содержат красители. Показатель цветности в исходной воде - 1500-2500 град. В существующей практике сточную воду вначале очищают реагентным, химическим способом. Это усложняет очистку и делает ее дорогой.

Как показали наши исследования, сточные воды ЦБК можно успешно очистить биохимическим анаэробным способом с применением гранулированного ила без предварительной реагентной обработки. Окислительная мощность ила анаэробного реактора составляет - 10,07 г/м3ч, а при фильтровании - 13,24 г/м3ч. Разница в окислитель-

28

ной мощности 24 % указывает на необходимость применения фильтра доочистки сточных вод.

Автором проведены комплексные исследования, задачей которых являлась оценка эффективности очистки концентрированных сточных вод ЦБК анаэробным способом при многофакторном эксперименте. Исследования выполнены на установке «БИОСОРБ» (рис.1), в ходе трехфакторного эксперимента, с контролем за показателями ХПКех; NHex; Рех Результаты исследований обработаны статистически, получена математическая модель процесса (6). Задача решена численным методом Mathcad 2000 Professional. Для уровня значимости р=0.05 и числа степеней свободы f1=2-1 = 1; f2=N число опытов 10, значение из стандартной таблицы критерия Кохрена Jκpu=0,602. Отсюда: ОМm=1.06·107; Кm=6.84·107; К1 = 1.37·108(по NHex);

Κ2 =2.61·106(πο Жeх). CKO =1.152, критерий Кохрена = 0,084. Модель адекватна, OM в г/м3 ·ч (рис.13).

ΝΗex

Рис.13. Зависимость OM от содержания аммиака в сточной воде ЦБК

Сточные воды предприятий лесохимической промышленности (исследования проводились на предприятиях в поселке Выгода, Украина и поселке Сява Нижегородской обл.) относят к концентрированным и токсичным. БПКПОЛН.=27-54 г/л, воды содержат отходы