2.4. Исследование биосорбционной очистки фильтрационных вод и модельных растворов

С целью установления возможности образования на поверхности углеродсодержащих сорбентов биопленки, были проведены предварительные лабораторные эксперименты. Для этого, через выбранные для исследования материалы пропускали фильтрат и по величине ХПК исходной и очищенной воды определяли степень очистки. Эксперимент проводили в статических условиях. В емкость загружали 25 г сорбента и заливали 200 г фильтрационной воды. На третий день определили ХПК бихроматным методом.// По снижению ХПК определили степень очистки фильтрационных вод выбранными сорбентами. Результаты представлены на рисунке 7.

Рис.7. Диаграмма

Приведенные данные показывают, что высокая степень очистки фильтрата достигается на шлаке и недожоге.

Далее в работе была исследована возможность образования биопленки на поверхности шлака, недожога, скопа, отхода производства АУ, а также установление времени появления биопленки и характера обрастаний.

Работу выполняли с использованием установок, моделирующих процессы фильтрации воды в капельных биофильтрах (рис.8). В фильтрационные колонки загружали отходы производства – шлак, недожог, отход угля, скоп (объемом 486 см³), и ежедневно орошали их фильтрационной водой. Периодически отбирали пробы материала для микроскопического исследования, которое на 12 день эксперимента показало наличие на их поверхности бактериальных скоплений, нитей грибов и простейших (коловраток, жгутиковых, нематоды, polytoma uvella, spirillum undila, euglena viridis). См. таблицу 13.

Рис. 8. Установка: 1 – стакан; 2 – подставка перфорированная;

3 – штуцер; 4 – шланг резиновый.

Появление биопленки свидетельствует о возможности протекания процессов биоокисления органически примесей фильтрационных вод на выбранных сорбентах. Все выбранные материалы могут быть использованы в качестве загрузочных для биосорбционного фильтра, совмещающего процессы физико-химической сорбции и биохимического окисления.

Таблица 13.

Сорбент	Состав микробной смеси
Уголь	Бактериальные скопления, нити грибов.
Шлак	Бактериальные скопления, простейшие (коловратки, нематода, эвглена)
Недожог	Бактериальные скопления, нити грибов, простейшие (коловратки, нематода, polytoma uvella, spirillum undila, euglena viridis)
Скоп	Бактериальные скопления, большое разнообразие простейших.

Глава 3. Технологическая часть

3.1. Технологические расчеты.

Очистка фильтрационных вод проходит в две стадии:

I стадия – ионообменная очистка;

II стадия – очистка на биосорбционном фильтре.

Состав фильтрационных вод до и после очистки представлен в таблице 14.

Таблица14.

Концентрации загрязняющих веществ в фильтрационных водах типичных ТБО.

Показатели	Исходный фильтрат до очистки	фильтрат послеIст. очистки	Фильтрат послеIIст. очистки
ХПК, мг О2/л	1500	800-900	60-50
БПК, мг О2/л	180	110-120	30
Цветность, оЦ	250	80-100	20-40
Медь, мг/л	1,3	1,0	0,0
Железо, мг/л	39,9	0,3	0,3

3.1.1.Объем фильтрационных вод.

Площадь полигона = 36 га = 36*10⁴ м²

Объем фильтрационных вод = 36*10⁴*0,3 = 108 000 м³/год из расчета, что количество осадков, выпадающих на 1м² площади, составляет 0,3м в год.

3.1.2. Расчет площади пруда - накопителя.

Предполагается, что ионообменный фильтр будет работать 6 месяцев в году (с мая по октябрь), тогда объем фильтрационных вод за 6 месяцев составит 54 000 м³. С учетом коэффициента запаса 1,5 объем фильтрата = 54 000*1,5 = 81 000 м³.

Пруд – накопитель представляет собой прямоугольную емкость из железобетонных панелей. При высоте = 2,5 м, его площадь будет равной 81 000 : 2,5 = 32 400 м²= 162м*200м

3.1.3. Очистка в ионообменном фильтре.

Ионообменный фильтр состоит из цилиндрических железобетонных колец.

Объем перерабатываемых вод = 81 000м³.

Производительность фильтра = 81 000 м³ : 6 месяцев : 30 дней = 450 м³/сутки.

Скорость фильтрации = 5 м/час.

Площадь фильтрации = 450 м³/сутки : 5 м³/час = 3,75 м².

Диаметр фильтра = 2 м.

Технологическая высота фильтра = 4 м.

Ионообменная установка включает блок, состоящий из трех фильтров, при этом, при промывке одного из фильтров, работает два с большой скоростью. Десятиминутная промывка предполагается через каждые 24 часа со скоростью 7 м/час.

3.1.4. Расчет слоев загрузки.

Сорбент	d насып, г/м3	Крупность, мм
Диатомит Шлак	0,66 0,8	0,8 - 1 1,0 - 1,2

Ионообменный фильтр состоит из двух слоев: нижний – диатомит, верхний - шлак, высота каждого слоя сорбента = 1м.

Объем шлака = = 3,14 м³.

Объем диатомита = = 3,14 м³.

Масса шлака = V = 2,515 т.

Масса диатомита = V = 2,072 т.

масса шлака на три фильтра 6,3 т.

масса диатомита на три фильтра 7,6 т.

3.1.5. Расчет площади биосорбционного фильтра

Биосорбционный фильтр представляет собой прямоугольную емкость из железобетонных панелей. Фильтр работает в капельном режиме и состоит из 4 слоев, расположенных снизу вверх :

I – гравий; I I – шлак; I I I – недожог; IV – кора.

При расчете биофильтра необходимо определять коэффициент k = L₀/L_t , где L₀ – исходная БПК, L_t – конечное БПК. Высоту фильтра и гидравлическую нагрузку g определяют с учетом средне зимней температуры фильтрационной воды и вычисленного значения k.

При температуре 10 ^оС , рабочей высоте фильтра 1,5 м, коэффициенте k = 4 (из расчета L₀ = 120 мг О₂/л, L_t = 30 мг О₂/л) гидравлическая нагрузка = 2,5 м³/м² сутки (СанПиН №4630-88)

А = , гдеQ – расход фильтрационных вод, g - гидравлическая нагрузка / СанПиН № 4630-88/

Площадь биосорбционного фильтра А = 450/2,5 = 180 м² = 10 м*18 м.

Технологическая высота фильтра = 2,5 м.

3.1.6. Расчет объема загрузки сорбентов для биосорбционного фильтра.

Рабочий объем загрузки V = А* h , где А - площадь фильтра, h – рабочая высота фильтра

V = 180*1,5 = 270 м³.

Сорбент	d насып, г/м3	Крупность, мм
Гравий Шлак Недожог Кора	1,8-2,0 0,8 0,3 0,5	1,2-1,5 1,0 - 1,2 0,7-0,8 0,8-0,1

Объем слоя сорбента = площадь слоя * высоту слоя

Масса слоя сорбента = плотность слоя * объем слоя

Результаты расчетов представлены в таблице 15.

Таблица 15.

Результаты расчетов.

Сорбент	Высота слоя, см	Масса слоя, т	Объем слоя, м3
Гравий Шлак Недожог Кора	65 65 10 10	93,6 35,10 32,4 9	117 117 18 18

Окислительная мощность ОМ = =150 г/м³ , где = 120-30 = 90 мг О₂/л.

3.1.7. Расчет площади сборника для очищенных фильтрационных вод.

Сборник очищенных фильтрационных вод представляет собой прямоугольную емкость из железобетонных панелей. Объем фильтрационных вод за 6 месяцев составит 54 000 м³. Приняв высоту сборника = 2,5 м, его площадь составит 54 000 : 2,5 = 21 600 м².