Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Оптимизация выбора технических и технологических решений (на базе систем водоотведения). Учебное пособие
.pdf
Таблица 3.3
0,08 0,48 0,196.
Показатели РЭП ФХО сточных вод колбасного производства
Компонент
процесса
Наименование
коэффициента
Частные оценки воздействия процесса
ФХО на окружающую среду
количественные качественные
Р
0,33 Слабая
кпо
Р
0,33 Слабая
Ресурсный
Экологический
кпс
Р
0.33 Слабая
квиж
Р
0.001 Отсутствие
кспр
Э
0,36 Низкая
сан
Э
0.83 Пред. допустимая
ани
Э
1.39 Опасная
анл
Эаа 0.5 Удовлетворительная
К
0.12 Практ. отсутствует
ээц
2. Обобщенное значение РЭП процесса ФХО:
ОБ
РЭП
5
По величине обобщенного ресурсно-экологического потенциала технология физико-химической очистки сточных
вод, например, колбасного производства характеризуется отсутствием негативного воздействия на окружающую среду и
рекомендуется к преимущественному применению.
Выполнены аналогичные расчеты РЭП технологий физико-химической очистки ряда категорий сточных вод (поверхностные, нефтесодержащие, гальванических и пищевых
производств, рыбоперерабатывающих предприятий и т. п.). В
результате расчетов получено, что степень влияния указанных
технологий на окружающую среду во всех случаях минимальная или отсутствует негативное воздействие. Это свидетельствует о перспективах применения полиоксихлоридов алюминия при интенсификации процессов очистки сточных вод.
71
3.2.2. Методики ранжирования и эквипроцентирования
при сравнительном выборе вариантов
В последние годы предложены методики ранжирования по
балльной шкале и в процентном отношении, которые проводят в
табличной форме. В балльной шкале каждому сравниваемому
варианту (в столбце таблицы) присваивается количество баллов,
начиная с максимального значения. Количество столбцов таблицы соответствует числу сравниваемых параметров. Далее баллы
суммируются по строкам таблицы, из которых формируется
ранжировочный ряд: наименьшей сумме баллов соответствует
первое место в ранжировочном ряду и т. д. (Можно составить
ранжировочный ряд и по произведению в строках сравниваемых параметров, в этом случае ранжирование ведется от максимального значения). Данная методика позволяет построить
ранжировочные ряды и определить совокупную эффективность каждого сравниваемого варианта выбора, однако не дает
взвешенной оценки характеристик внутри ряда, что может
быть выполнено ранжированием в процентном отношении.
Методика заключается в присвоении максимальному
значению критериев оценки эффективности 100%, а все
остальные показатели исчисляются в процентах от максимальных 100 %. Далее определяются суммы процентов по определяемым критериям, из которых максимальной также присваивается значение 100 %, после чего каждой сумме – процентная
доля от данных 100 %. На основании полученных процентных
показателей выстраивается новый ранжировочный ряд, где
первое место занимает вариант сравнения, соответствующий
100 % и далее по убывающей.
72
4. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ
И ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ
И СООРУЖЕНИЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ
СТОЧНЫХ ВОД В РАМКАХ НДТ
В настоящее время на практике уже достаточно признаны
и все чаще применяются методы интенсификации процессов и
сооружений биологической очистки сточных вод: преферментация (ацидофикация), циркуляция потоков нитратов, применение
подвижных и плавающих носителей биомассы, введение дополнительных субстратов в денитрификаторы, чередование анаэробных, аноксидных и аэробных зон, предварительная обработка
иловых потоков и т. п.
Фундаментальные работы отечественных и зарубежных
авторов определили теоретический и практический векторы исследований и применения биологической очистки сточных вод.
Однако при сохранении механизмов процессов технологические
и конструктивные решения будут во многом определяться конкретными условиями очистных сооружений: составом, свойствами, неравномерностью поступления сточных вод, условиями
сброса или повторного использования очищенных сточных вод,
применением взвешенной и/или прикрепленной биомассы, ее
рециклами, утилизацией твердой фазы, высотными отметками
местности и т. п. Особую часть интенсификации биологической
очистки сточных вод представляет собой аэрация, которая определяет биохимические превращения загрязнений, энергетические
и, как следствие, эксплуатационные затраты на процесс, компоновочные решения очистных сооружений, продолжительность
жизненного цикла и т. п. В совокупности это указывает на необходимость вариантного выбора как проектных, так и эксплуатационных режимов применительно к конкретным условиям объекта очистки сточных вод, опыт и подходы к некоторым из них
изложены ниже.
73
4.1. Развитие методов интенсификации процессов
и сооружений биологической очистки сточных вод.
Интенсификация автотрофной нитрификации
при очистке сточных вод
Признавая и разделяя необходимость и целесообразность
интенсификации процессов и режимов, мы предлагаем ряд новых,
чаще всего запатентованных, решений, не нашедших еще широкой
практической апробации, но прошедших опытно-промышленную
отработку на очистных сооружениях сточных вод в России.
Активный ил при движении по коридорам аэротенков
при биологической очистке сточной жидкости находится в
условиях изменяющихся видового состава биомассы, концентраций органических и неорганических веществ, растворенного кислорода и т. д. Эти изменения негативно сказываются
на жизнедеятельности активного ила, который , по существу,
постоянно находится в стрессовом состоянии и вынужден
адаптироваться по трофической цепи питания на каждом этапе
биологической очистки.
Существуют различные технические и технологические
решения, позволяющие уменьшить негативный эффект чередования условий среды, наиболее распространенный из которых – устройство аэротенков-смесителей. Полное смешение
сточных вод с иловой смесью в них обеспечивает выравнивание
концентраций ила и скорости биохимического окисления.
Аэротенки-смесители более приспособлены, чем аэротенкивытеснители, к очистке концентрированных сточных вод при
колебаниях их расхода, состава и количества загрязнений. Повышенная концентрация загрязнений в аэротенке-вытеснителе в
начале процесса очистки обеспечивает увеличение скорости их
окисления, что несколько сокращает общий период аэрации.
Однако изменение состава сточных вод по длине аэротенка затрудняет адаптацию ила и снижает его активность,
т. е. уменьшает эффективность очистки сточных вод.
74
Технологически более эффективным решением является
преобразование аэротенка-вытеснителя в карусельный тип, который также уменьшает влияние изменения условий жизнедеятельности биомассы при прохождении активного ила через
вторичный отстойник, промежуточные камеры и резервуары. При
этом конструкция аэротенка карусельного типа принципиально
отличается от конструкции классических коридорных реакторов и
требует дополнительных перегородок и оборудования.
Наряду с циркуляцией из вторичных (третичных) отстойников применяется внутризонная рециркуляция иловой
смеси за счет перекачивания биомассы по ходу движения
жидкости в аэротенке. При этом объем биореактора разбивается на условные зоны, в которых частично сохраняется доминантный биоценоз, посредством непрерывного возврата из
конца в начало каждой выделенной части длины аэротенка (до
0,5 от расчетного расхода). Циркулирующая биомасса адаптирована к химическому составу загрязнений именно в данной
части аэротенка, что создает устойчивую трофическую цепь
питания на каждой ступени биодеструкции ингредиентов
сточных вод. Для перекачивания иловой смеси в данном случае рационально применить эрлифты, используя при этом в
качестве энергоносителя отработанный воздух, собираемый
нижними частями конструкции эрлифтов – газосборными козырьками, расположенными в зоне нитрификации.
Помимо экономии электроэнергии за счет использования
в качестве энергоносителя отработанного воздуха и повышения
устойчивости биоценоза к изменениям состава исходной жидкости, данное решение стимулирует процесс нитрификации.
В отработанном воздухе, прошедшем при аэрации через слой
иловой смеси в аэротенке, помимо других компонентов, содержится повышенное количество СО2, по сравнению с атмосферой. Углекислота – источник углерода для построения клеток автотрофных бактерий таких, как Nitrosomanas, которые окисляют ионы аммония в нитриты, и Nitrobacter, существующих за счет окисления
75
нитритов в нитраты, т.е. пищей для микроорганизмов, отвечающих
за нитрификацию, за исключением некоторых минеральных солей,
служат только аммоний, кислород и углекислота, а также карбонаты и гидрокарбонаты. Таким образом, обеспечивая приток в иловую смесь дополнительного количества СО2 из отработанного воздуха, можно поддержать жизнедеятельность нитрифицирующих
культур биоценоза и интенсифицировать процессы очистки сточных вод от биогенных элементов. Одновременно с этим, использование диоксида углерода в качестве субстрата, позволяет снизить
его концентрации в газовых выбросах в окружающую среду.
Для промышленного внедрения системы внутризонной
рециркуляции необходимо убедиться, что данная технологическая операция не ухудшит процессы очистки сточных вод,
что может быть обусловлено наличием в отработанном воздухе токсичных веществ, являющихся ингибиторами для тех
или иных реакций, протекающих в иловой смеси.
Изложенные положения были проверены экспериментально на полупроизводственной установке, размещенной на
площадке действующих городских очистных сооружений хозяйственно-бытовых сточных вод (рис. 4.1).
Сточные воды, прошедшие через песколовку очистных сооружений 1, с помощью погружного насоса 2 подаются в напорнораспределительный бак 3, из которого равным расходом распределяются в три пластиковые емкости 5.1, 5.2, 5.3, полезной емкостью
45 л каждая. Внутри емкостей установлены аэрационные системы
6.1, 6.2, 6.3 и вертикальные трубопроводы 7.1, 7.2, 7.3 с отводами 450
в нижней части, выполняющие функцию вторичных отстойников.
Расход подаваемых в установку сточных вод задавался с помощью реле времени, регулирующего работу погружного насоса.
Емкость 5.1 является моделью классического аэротенка со свободноплавающим активным илом. Для аэрации иловой смеси в данной емкости подавался атмосферный воздух от рабочей воздуходувки очистных сооружений. Емкости 5.2 и 5.3 моделируют работу биореакторов с использованием системы рециркуляции отрабо-
76
танного воздуха, которая реализована следующим образом: в аэра-
Обозначения
торы 6.2, 6.3, распложенные на дне, нагнетается воздух, подводящийся к компрессору 8 с помощью гибких шлангов из верхней
части объема емкостей 5.1, 5.2 и 5.3. Все соединения и узлы системы выполнены герметично, за исключением небольших щелей
в крышках емкостей, позволяющих отводить избыточное количество газа наружу и устанавливающих атмосферное давление внутри моделей биореакторов. Для защиты компрессора от конденсирующейся воды в систему также включен дефлегматор 9 (рис. 4.1).
1 – камера песколовки
2 – насос
3 – напорно-распределительный
бак
4 – датчик уровня для защиты от
перелива
5.1, 5.2, 5.3 – пластиковая
емкость
6.1, 6.2, 6.3 – аэрационная система
7.1, 7.2, 7.3 – вторичный
отстойник
8 – компрессор
9 – дефлегматор
10 – синтетические носители
микрофлоры
11.1, 11.2, 11.3 –счетчик газа
Рис. 4.1. Схема установки
с рециркуляцией отработанного воздуха
77
Различие моделей 5.2 и 5.3 состоит в том, что в первой
очистка сточных вод происходит за счет свободноплавающего
активного ила, а во второй – используется микрофлора, прикрепленная на синтетических носителях 10, смонтированных
на жестком проволочном каркасе и установленных так, что
равномерно заполняют весь объем емкости. Биореакторы изготовлены гидравлически подобными. Для создания одинаковых
условий работы расход сточных вод, подаваемый в каждый
биореактор, контролировался и, при необходимости, корректировался каждые 1–2 суток объемным методом. Для обеспечения одинакового количества воздуха, подаваемого на аэрацию, перед каждой емкостью установлены газовый счетчик и
запорно-регулирующая арматура (см. рис. 4.1)..
Эксперимент проведен в течение четырех месяцев. За
период испытаний усредненные показатели загрязнений исходных сточных вод после песколовок составили, мг/л: БПК5 –
134,3; ХПК – 256; NН
+
– 28,9; РО
4
3- –
8,9. Концентрация ило-
4
вой смеси, обуславливаясь эффективностью работы вторичного отстойника и циркуляцией ила, составляла по объему
10,5 – 20% (1,2 – 2,0 г/л по сухому веществу). Выборочные показатели очищенных сточных вод (после вторичных отстойников) приведены в табл. 4.1.
Гидробиологический анализ показал, что видовой состав
и активность микроорганизмов в активном иле моделей биореакторов 5.1 и 5.2 принципиально не отличались, в то же время
в 5.3 биоценоз был более разнообразный и активный.
На окончательной стадии эксперимента был проведен
опыт с добавлением к основной системе аэрации в емкостях 5.2
и 5.3 дополнительных аэраторов, через которые в течение двух
суток непрерывно подавался технический газ CO2 из баллона.
Анализируя данные табл. 4.1, можно сделать вывод, что
непрерывная аэрация в биореакторах отработанным воздухом
78
(см. рис. 4.1) в течение длительного времени не ухудшает про-
+
-
-
3
цессы биологической очистки сточных вод. Если принять эффективность очистки вод в классическом режиме аэрации за
100%, то наоборот, в процессе проведения эксперимента было
выявлено некоторое преимущество систем с рециркуляцией по
показателям, характеризующим процессы нитрификации
(NН
+
4
, NО
-
, NО
2
-
). Применение же технического СО2 негатив-
3
но повлияло на качество очищенной воды, что может быть
обусловлено наличием в газе других токсичных веществ либо
ингибированием процесса углекислотой, снижением рН.
Таблица 4.1
Показатели очистки сточных вод
в опытных биореакторах, мг/л
Дата /
Наиме-
15.08 02.09 16.09
нование
Биореактор
ВВ 35,4 21,3 12,6 28,1 24,8 14,5 234,6 61,2 14,2 115 82,0 32,6
БПК5 86,3 30,7 5,81 75,6 29,5 4,21 38,6 28,8 3,18 32,3 79,9 24,1
ХПК 176,4 72,3 33,4 168,9 76,7 31,7 121,2 77,8 29,9 78,2 146,3 46,8
NН
NО
NО
РО
рН 7,23 7,6 7,46 7,13 7,21 7,34 7,03 7,61 7,86 7,11 7,01 7,15
СНФ,
мгN/ч
С
мгN/ч
5,1 5,2 5,3 5,1 5,2 5,3 5,1 5,2 5,3 5,1 5,2 5,3
1,6 1,2 0,9 13,6 1,28 1,16 1,17 0,39 0,21 2,8 27,1 1,94
4
0,08 0,05 0,04 0,08 0,04 0,04 0,04 0,03 0,01 0,89 1,15 1,14
2
67,8 66,9 31,1 82,4 88,2 89,9 94,5 85,4 90,3 37,8 22,8 23,6
3
8,22 7,12 3,95 6,74 7,05 6,24 7,4 6,3 6,2 7,3 5,2 0,76
4
3,48 3,5 3,51 5,24 5,24 5,25 4,2 4,25 4,26 4,1 2,55 4,15
,
2,0 2,1 2,82 2,61 1,75 2,55 1,48 1,33 1,52 1,26 2,23 1,34
ДНФ
Примечание. СНФ – скорость нитрификации, С
ДНФ
12.10,
аэрация технич.
СО
2
– скорость де-
нитрификации, мгN/ч.
79
Следует также отметить, что на протяжении всего времени проведения эксперимента, эффективность очистки сточных вод в биореакторе с прикрепленной микрофлорой (5.3) была стабильно выше, чем в моделях со свободноплавающим активным илом. Также данная система оказалась гораздо более
устойчивой к отравляющему воздействию технического CO2.
Промышленное применение эрлифтов для внутризонной
рециркуляции иловой смеси в объеме биореактора осуществлено
при реконструкции очистных сооружениий г. Югорска (расход
сточных вод – 7500 м3/сут) в аэротенке нитрификаторе –
денитрификаторе, где предусматривается два циркуляционных
контура:
подачи возвратного активного ила из вторичного от-
стойника насосом в зону денитрификации, позволяющий изменением производительности насоса регулировать концентрацию биомассы в аэротенке и возраст ила;
перекачки иловой смеси с помощью эрлифтов в объеме
аэротенка из аноксидного пространства в аэробную зону, позволяющий обеспечить непрерывную циркуляцию микроорганизмов в биореакторе без их направления во вторичный отстойник и создать условия для протекания процессов нитрификации и денитрификации.
Данные, характеризующие эффективность технологического решения с применением эрлифтов рециркуляции для
обеспечения необходимого режима работы аэротенка, приведены в табл. 4.2, рис. 4.2 (после реконструкции). В ней для
наглядности также даны показатели работы аэротенка до реконструкции и в период пусконаладочных работ (средние за
2 месяца).
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]