- •Курс: охрана окружающей среды в теплотехнологии: выбросы теплотехнических установок
- •Модуль 2
- •Оглавление
- •Дидактический план
- •Литература Государственные стандарты Российской Федерации и руководящие документы
- •Основная
- •Дополнительная
- •1. Образование и методы снижения выбросов оксидов азота
- •1.1. Образование оксидов азота при горении органических топлив
- •1.2. Режимные мероприятия по снижению выбросов оксидов азота
- •1.3. Технологические методы снижения выбросов оксидов азота при факельном сжигании органического топлива
- •1.3.1. Влияние конструкции горелки на эмиссию оксидов азота
- •1.3.2. Различные схемы ступенчатого сжигания
- •1.3.3. Рециркуляция дымовых газов
- •1.3.4. Предварительный подогрев угольной пыли
- •1.4. Очистка дымовых газов от оксидов азота
- •1.4.1. Селективное каталитическое восстановление оксидов азота
- •1 Дымовой газ; 2 датчики расхода; 3 датчики nOx; 4 блок управления технологическим процессом; 5 емкость nh3; 6 воздух; 7 реактор denox; 8 чистый газ
- •1.4.2. Селективное некаталитическое восстановление оксидов азота
- •1.4.3. Гибридная схема очистки дымовых газов от оксидов азота
- •1.5. Методы расчетного определения мощности и валовых выбросов оксидов азота котлами тэс
- •2. Образование и методы снижения выбросов диоксида серы, ванадия и бенз(а)пирена
- •2.1. Сероочистка дымовых газов тэс
- •2.1.1. Концепция сероочистки
- •2.2. Основные технологии сероочистки дымовых газов
- •Краткая характеристика технологий сероочистки Сухие технологии
- •Мокро-сухие технологии
- •Мокрые технологии
- •Конверсия so2 в so3
- •2.3. Методы снижения выбросов соединений ванадия при сжигании жидкого топлива
- •2.4. Образование и методы снижения выбросов бенз(а)пирена при сжигании топлив
- •2.4.1. Физико-химические свойства бенз(а)пирена и условия его образования
- •2.4.2. Экологическая характеристика бенз(а)пирена
- •2.4.3. Условия нормирования выбросов бенз(а)пирена с уходящими газами котельных установок
- •2.4.4. Влияние конструктивных особенностей и режимных параметров котлов на образование бенз(а)пирена при сжигании различных топлив
- •Газомазутные котлы
- •Пылеугольные котлы
- •Котлы малой мощности
- •2.4.5. Рекомендации по снижению выбросов бенз(а)пирена в атмосферу с уходящими газами котельных установок
- •3. Охрана водного бассейна от сбросов энергопредприятий
- •3.1 Охрана водного бассейна от сбросов тэс
- •Технология водоиспользования на тэс
- •Охлаждение конденсаторов турбин
- •Системы гидрозолоудаления
- •Сточные воды, загрязненные нефтепродуктами
- •Обмывочные воды регенеративных воздухоподогревателей (рвп) и поверхностей нагрева котлов при сжигании сернистых мазутов
- •Химические промывки и консервация оборудования
- •Подготовка добавочной воды котлов и подпиточной воды теплосети
- •Поверхностные ливневые и талые сточные виды с территории тэс
- •Грунтовые воды систем водопонижения
- •3.2. Нормирование сбросов загрязняющих веществ со сточными водами тэс
- •Экономический механизм природопользования
- •3.4. Основные направления сокращения сброса и утилизации сточных вод Воды систем охлаждения
- •Сточные воды, загрязненные нефтепродуктами
- •Обмывочные воды рвп и поверхностей нагрева котлов
- •Сточные воды химических промывок и консервации оборудования
- •Поверхностные, ливневые и талые сточные воды с территории тэс
- •Воды систем гидрозолоудаления
- •Грунтовые воды
- •Сточные воды водоподготовительных установок
- •Методы очистки сточных вод
- •3.5.1. Механическая очистка сточных вод
- •3.5.2. Химические методы очистки сточных вод
- •3.5.3. Физико-химические методы очистки сточных вод
- •1 Чан с исходным питанием; 2 насос для подачи водовоздушной смеси; 3 насос для подачи реагентов; 4 камера; 5 желоб для шламов; 6 труба для отвода очищенной жидкости
- •1 Корпус; 2 блок аэрации; 3 импеллеры; 4 сетка; 5 осветлитель пластинчатый; 6 шибер, 7 пенный желоб; 8 рама с подставкой
- •3.5.4. Основы биологической очистки сточных вод
- •3.5.5. Устройства для биологической очистки сточных вод
- •3.5.6. Доочистка сточных вод на активированных углях
- •3.5.7. Очистка поверхностных сточных вод предприятий энергетики и транспорта
- •1 Резервуар грязной воды; 2 и 6 насосы; 3 флотационная машина; 4 емкость для сбора пенопродукта; 5 резервуар чистой воды; 7 фильтры
- •Задания для самостоятельной работы
- •1. Перечислите технологические методы снижения выбросов оксидов азота:
- •2. Перечислите технологии сероочистки дымовых газов с использованием кальцита и извести:
- •3. Перечислите мероприятия режимного и технологического плана по снижению выбросов бенз(а)пирена:
- •5. Перечислите основные методы очистки сточных вод:
- •Глоссарий
- •Охрана окружающей среды в теплотехнологии: выбросы теплотехнических установок модуль 2
3.5.4. Основы биологической очистки сточных вод
Биологическая очистка воды известна уже более 100 лет. В настоящее время в широком спектре сооружений биологической очистки использованы, по существу, все известные метаболические особенности микроорганизмов.
После механической и физико-химической очистки воду смешивают с активным илом, представляющим собой сложное сообщество микроорганизмов различных систематических групп, а также простейших, грибов, водорослей и др. Смешение осуществляют в специальных сооружениях аэротенках..
В результате достаточно длительного контактирования (в течение 10 36 ч) микроорганизмов с водой в условиях аэрации воздухом происходит биоразложение органических примесей, не удаленных на предыдущих стадиях очистки.
Кратко рассмотрим особенности биохимического окисления некоторых веществ, в частности углеводородов, спиртов, альдегидов и кетонов.
Первичные спирты до С10 окисляются легко, при числе углеродных атомов 16 окисление незначительно, а при С18 невозможно. Сравнение степени окисления спиртов с соответствующими алканами показывает, что введение ОН-группы увеличивает способность к окислению. Вторичные спирты окисляются в меньшей степени, чем первичные, а расположение ОН-группы у третьего и четвертого атомов углерода дает почти тот же эффект, что и у второго.
Спирты окисляются множеством бактерий с преобладанием, как правило, в активных илах псевдомонад.
Окисление спиртов может протекать разными путями, например:
первичный спирт—альдегид—кислота—СО2 + Н2О или
вторичный спирт — кетон — кислота — СО2 + Н2О.
Альдегиды окисляются легко, но несколько хуже, чем соответствующие первичные спирты. Наиболее легко происходит окисление альдегидов С2 — С5, при дальнейшем увеличении числа атомов углерода степень окисления снижается. Формальдегид токсичен, но при адаптации культуры может быть окислен. Разветвление углеродной цепи снижает способность альдегидов к биокислению.
Кетоны более устойчивы к окислению, чем альдегиды, что обусловливается характером присоединения карбонильной группы. Отмечено, что введение второй карбонильной группы делает вещество токсичным для микроорганизмов, а введение гидроксильной группы повышает степень биоокисления.
Следует подчеркнуть, что разработка теории взаимосвязи химической структуры органических веществ и их биологического окисления только начинается и проходит стадию накопления достоверных результатов теоретических и экспериментальных исследований. Сложность решения проблемы объясняется тем, что закономерности, отражающие биохимический распад различных органических веществ, обусловлены не только химическим строением вещества, но и другими факторами, в частности физико-химическими и биологическими.
Биологически очищенную воду направляют далее в отстойники для отделения активного ила от воды. При этом количество микробной биомассы активного ила увеличивается. Избыточный активный ил из отстойников поступает в технологическую линию утилизации, а остальная часть ила возвращается в аэротенк.
При биологической очистке сточных вод важно создать аэробные условия для функционирования микроорганизмов активного ила. В этом плане флотация для отделения микроорганизмов активного ила имеет существенное преимущество перед другими способами, например отстаиванием. При отделении биомассы активного ила от воды флотацией микроорганизмы продолжают находиться в аэробных условиях, при этом происходят биохимические процессы, способствующие доутилизации субстрата, потребленного из сточных вод микроорганизмами активного ила. Известно, что процесс флотационного уплотнения продолжается 1,5 3 ч, иногда и дольше. В течение этого периода происходит, по крайней мере, частичная доутилизация субстрата. Для интенсификации биохимических процессов в клетках микроорганизмов сфлотированного активного ила вводят дополнительное количество воздуха в слой пены. В результате не только подводится дополнительное количество кислорода, но и происходит коалесценция пузырьков воздуха, способствующая изменению кратности пены. Это в конечном счете уменьшает ее объем и утончает прослойки жидкости между пузырьками воздуха, находящимися в пенном слое.
Коалесценция слияние капель жидкости или пузырьков газа при их соприкосновении. Коалесценция капель воды одна из причин выпадения атмосферных осадков в виде дождя и росы. Коалесценцию используют при разрушении пен и эмульсий, нанесении лакокрасочных покрытий методом распыления, рафинации растительных масел и др.
Проведение регенерации активного ила в условиях пенного слоя особенно эффективно при флотации озоном или воздушной смесью, обогащенной кислородом. В этом случае увеличивается движущая сила массопередачи, что также позволяет интенсифицировать доутилизацию субстрата, поглощенного клетками микроорганизмов активного ила.
Регенерация активного ила в пенном слое практически не изучена. По-видимому, с широким внедрением флотационного способа сгущения активного ила в практику очистки сточных вод данная проблема может привлечь внимание исследователей, так как установка дополнительного оборудования для регенерации циркулирующего активного ила или отведение для этой цели отдельных секций либо коридоров аэротенка затруднительны.
Учитывая опыт, накопленный микробиологической промышленностью и показавший, что так называемое дозревание биомассы микроорганизмов осуществляется за достаточно короткое время по сравнению с временем регенерации активного ила, по-видимому, можно в отдельных случаях совместить флотацию с регенерацией активного ила.
Сочетание регенерации с уплотнением пенного слоя сфлотированного активного ила дает возможность одну его часть подавать в аэротенк, а другую направлять на обезвоживание и утилизацию. Подача предварительно уплотненного флотацией активного ила в аэротенк позволяет увеличить в нем дозу активного ила и вести процесс биологической очистки при повышенных нагрузке и расходе воздуха.
Аэротенк искусственное сооружение в виде проточного резервуара для биологической очистки сточных вод от органических загрязнений путем окисления их микроорганизмами, находящимися в аэрируемом слое.
В ряде работ последних лет указывалось на эффективность ведения процесса биологической очистки сточных вод при повышенных концентрациях активного ила. При этом не указывалось на применение каких-либо новых способов подачи воздуха в иловую смесь, хотя такая необходимость в большинстве случаев существует. Использование струйного способа подачи воздуха в аэрируемую жидкость в определенной степени решает задачу интенсификации аэрации иловой смеси, но в некоторых случаях и этого недостаточно, из-за чего возникает необходимость использования комбинированных способов аэрации.
Биологическую очистку сточных вод с повышенной дозой активного ила и интенсивным способом аэрации иловой смеси, как показывают данные многих исследователей, целесообразно вести в биоокислителях специальной конструкции, например в шахтных или колонных аэротенках. Существенное преимущество шахтных аэротенков использование малых площадей, а также увеличенное содержание кислорода в результате гидростатического давления столба жидкости. При этом иловая смесь, отбираемая из нижней части шахтного аэротенка, может быть подана во флотатор без дополнительного насыщения воздухом в сатураторе.