5406

На правах рукописи

Колесов Юрий Федорович

БИОХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ВЫСОКОКОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ПАРАМЕТРИЧЕСКИ НЕСТАЦИОНАРНЫХ СТОЧНЫХ ВОД

05.23.04 - Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Нижний Новгород - 2001

Работа выполнена вНижегородском государственном архитектурно-строительном университете

Научный консультант

доктор технических наук, профессор В.В. Найденко

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ю.В Воронов, доктор технических наук, профессор Л.H. Губанов, доктор технических наук, профессор Л.И. Гюнтер

Ведущая организация

АО «Нижегородский САНТЕХПРОЕКТ»

ном архитектурно-строительном университете по адресу: 603600,

г.Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65, корпус 5, аудитория 202.

Сдиссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета.

1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Переход экономики страны к устойчивому развитию предопределяет решение ряда важных приоритетных народно-хозяйственных задач, в том числе: создание высокоэффективных энерго-ресурсосберегающих технологических процессов, обеспечивающих производство экологически безопасной продукции; использование замкнутых и оборотных систем водопользования. Отечественный и зарубежный опыт свидетельствует о том, что для ряда отраслей промышленности - пищевой, легкой, химической, нефтехимической - реализация стратегии устойчивого развития требует создания гибких и надежных локальных систем обезвреживания промстоков, использования в технологических процессах очищенной сточной воды, переработки и утилизации образующихся осадков и шламов. Для этих производств является характерной параметрическая нестационарность состава и расхода сточных вод, высокая концентрация органических загрязнений, не позволяющие обеспечивать очистку стоков на городских станциях аэрации.

Современные требования к качеству очищенной воды и к устойчивости очистки меняют представление о многоступенчатой очистке воды. По современным требованиям это должна быть многоцелевая установка, способная обеспечить очистку воды не только по традиционным показателям - органическим соединениям и взвешенным веществам, но и по азоту, фосфору, сульфатам, металлам и биорезистентным соединениям. Достигаются такие свойства введением в

технологию очистки анаэробной стадии. В практике отсутствуют

конструкторские работы, а также производственные испытания позволили автору создать и внедрить в практику высокоэффективные

методы и технические средства биохимической очистки высококонцентрированных сточных вод, позволяющие успешно решать перечисленные выше задачи.

Актуальность проблемы подтверждена включением ее в федеральную целевую программу (1998-2010гг.) «Оздоровление экологической обстановки на реке Волге и ее притоках, восстановление и предотвращение деградации природных комплексов Волжского бассейна» («Возрождение Волги»), в международные РоссийскоГерманские проекты «Ока-Эльба» (1995-1998 гг.), «Рейн-Волга» (1999-2003 гг.), направленные на решение важнейших задач экологически безопасного развития регионов в бассейнах Волги, Рейна, Оки и Эльбы.

Автор выражает глубокую благодарность профессору, доктору технических наук, академику В. В. Найденко за ценные советы и консультации при выполнении настоящей работы.

Приношу глубокую благодарность сотрудникам лаборатории биологической очистки сточных вод Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета за помощь в выполнении настоящей работы.

Целью работы является создание высокоэффективной энергоресурсосберегающей технологии анаэробной биохимической очистки концентрированных и слабо концентрированных параметрически нестационарных производственных сточных вод. Для достижения цели автором решены следующие задачи:

-проведен анализ отечественного и зарубежного опыта в области анаэробной очистки сточных вод и определены приоритетные направления научно-исследовательских работ;

-проведены в многофакторном эксперименте исследования стадийной технологии анаэробной очистки сточных вод;

-создана экспериментальная установка, обеспечивающая проведение сравнительных исследований процессов анаэробной и аэробной биохимической очистки сточных вод;

-разработаны математические модели и методы расчета установок анаэробной очистки сточных вод;

-на основе выполненных теоретических и экспериментальных ис-

следований разработаны рекомендации и технические решения для проектирования установок и аппаратов локальной очистки промышленных сточных вод.

Объект исследований - технология и нормы технологического режима биохимической очистки высококонцентрированных и слабоконцентрированных производственных и коммунальных сточных вод, технические решения по аппаратурному оформлению процесса очистки.

Методы исследования - многофакторный эксперимент, планируемый на лабораторных, пилотных и опытно-промышленных установках биохимической очистки сточных вод; - математический статистический анализ результатов экспериментов

и создание математических моделей процессов очистки сточных вод, проверка адекватности предложенных автором математических мо-

стки сточных вод, описывающая влияние существенных факторов на качество очищенной воды. На основе предложенной модели

разработан метод расчета установок на стадиях их проектирова ния, эксплуатации, при выборе оптимальных режимов работы;

-установлена закономерность повышения эффективности биохими ческой деструкции органических загрязнений, содержащихся сточных водах, озонированием; создана математическая модель алгоритм поиска необходимой дозы и места ввода озона при обра ботке анаэробной и аэробной иловой смеси для повышения скоро сти окисления трудноокисляемых органических соединений;

-разработана новая высокоэффективная конструкция реактора н порного озонирования («РОВ») сточной воды, создан параметри ческий ряд аппаратов для напорного озонирования в производст венных условиях;

-установлена зависимость расхода биогенных элементов от мес ввода в аэротенк;

-разработан метод анаэробной десульфатации сточных вод с оки лением органических соединений и параллельным восстановлени ем сульфатов до нерастворимых сульфидов;

-разработан и внедрен в практику на ряде предприятий мног функциональный колонный аппарат «БИОСОРБ» для анаэробной аэробной биологической очистки сточных вод, отстаивания ило вой смеси и фильтрования биохимически очищенной сточной во ды;

-разработан и внедрен в практику многофункциональный колонны аппарат «АММОСОРБ» для удаления из сточных вод аммиака получением товарного продукта —раствора сульфата аммония;

-разработаны нормы проектирования и эксплуатации производст венных установок биохимической очистки высококонцентриро ванных параметрически нестационарных сточных вод.

Практическая значимость результатов работы состоит в сле

дующем:

-разработаны практические рекомендации, методы расчета и регламент на проектирование и эксплуатацию установок биохимической очистки сточных вод до показателей, удовлетворяющих современнымнормативнымтребованиям;

-созданы технологические процессы и аппараты, исключающие снижение эффективности биохимической очистки при параметрической нестационарности сточных вод;

-разработаны и испытаны в производственных условиях аппараты

очистки воды «РОВ», «БИОСОРБ», «АММОСОРБ», рекомендуемых к применению при строительстве новых, техническом перевооружении и реконструкции действующих очистных сооружений с целью увеличения их производительности, повышения качества очищенной воды.

- запущены в производство многофункциональные и компактные установки заводского изготовления биохимической очистки сточных вод.

Апробация результатов исследований. Основные результаты и положения диссертации доложены и обсуждены на следующих форумах, конференциях, симпозиумах: «7-м Всесоюзном симпозиуме по современным проблемам прогнозирования, контроля качества воды водоемов и озонирования» (г.Таллин, 1985 г.); Всесоюзной конференции «Гидрология 2000 года» (Москва, 1986 г.); научнотехническом семинаре «Перспективы развития водоснабжения и канализации» (г. Тбилиси, 1985 г.); научно-технической конференции «Интенсификация работы сооружений водоснабжения и водоотведения» (г. Куйбышев, 1986 г.); Всесоюзной научно-технической конференции «Основные направления развития водоснабжения, водоотведения, очистки природных и сточных вод и обработки осадков» (г.Харьков, 1986 г.); научно-технической конференции «Интенсификация процессов очистки природных и сточных вод» (г. Ростов-на-

Дону, 1987 г.); семинаре «Обезвреживание отходов химических производств с использованием биологических систем» (г. Донецк, 1987, 1988, 1990 гг.); Всесоюзной научной конференции «Охрана от загрязнений сточными водами водоемов бассейнов внутренних морей» (г. Тбилиси, 1987 г.); научно-практической конференции «Опыт внедрения безотходной технологии обработки сточных вод, утилизации осадков» (г. Ленинград, 1989 г.); Всесоюзном научно-техническом семинаре «Совершенствование технологических процессов на станциях аэрации с доведением качества очистки сточных вод до требований рыбохозяйственных водоемов» (г. Калинин, 1990 г.); научнотехнической конференции профессорско-преподавательского состава «Строительный комплекс» (г. Горький, 1984, 1987, 1988, 1990гг.); научном совете в Institut fur Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik, Ганноверский университет, по программе «Биосорб», 1998, · 1999 гг.; российско-германском семинаре об анаэробной биологической очистке промышленных сточных вод, Германия, Берлин, 1999г.; научно - технических конференциях «ЮНЕСКО» в Нижегородском государственном архитектурно-строительном университете, 1999,

2000 гг.

На защиту выносятся научные положения:

-методика многофакторного активного эксперимента;

-оригинальная пилотная и опытно-промышленная установки биологической очистки сточных вод непрерывного действия;

-система технологий, аппаратов и сооружений для подготовки сточной воды к биологической очистке;

-многоступенчатая технология очистки анаэробным способом концентрированных и слабо концентрированных промышленных и коммунальных сточных вод;

-новые процессы и аппараты озонирования анаэробной и аэробной

иловой смеси;

-математические модели биохимической очистки сточных вод;

-рекомендации и технические решения для проектирования и экс-

плуатации установки анаэробной очистки сточных вод; - технико-экономическое обоснование строительства установки

биохимической очистки сточных вод по разработанным рекомендациям.

Публикации: по теме диссертации опубликовано 35 научных работ, 14 авторских свидетельств на изобретения.

Объем и структура работы: диссертация состоит из введения, восьми глав, выводов, списка литературы из 193 наименований, в том числе 70 иностранных; работа изложена на 425 страницах, содержит 93 рисунка, 49 таблиц, 5 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении определена актуальность проблемы, сформулированы цель и основные задачи диссертационной работы, отмечена её научная новизна и практическая значимость.

В первой главе анализируются современные научно-технические решения по анаэробной очистке сточных вод в широком диапазоне концентрации загрязнений, технологические схемы и аппараты.

Существенный вклад в развитие современного анаэробного способа биологической очистки промышленных сточных вод внесли ученые Российской Федерации Гюнтер Л.И., Швецов В.H., Мишуков Б.Г., Скирдов И.В., Чурбанова И.H., Яковлев С.В. и зарубежные ученые.

Практика показывает, что эффективность и надежность очистки сточных вод определяется подготовкой воды и оперативным управлением процессом. Перспектива создания системы подготовки биологической очистки с автоматизацией процессов и с оптимальным

управлением сегодня вполне реальна. Сложные по составу сточные воды могут оказывать значительное влияние на эффективность анаэробного процесса очистки. Например, содержание сульфатов в анаэробной среде приводит к образованию токсичных полупродуктов восстановления сульфатов, сульфидов. Отсутствие закономерностей восстановления сульфатов ограничивает возможности управления очисткой сточной воды с целью исключения ее токсичности и обеспечения требуемого качества очищенной воды.

Как показали наши исследования, для большого класса загрязнений, практически не способных к биологической деструкции, перспективным является предварительное озонирование воды. После обработки воды озоном содержание БПК увеличивается до 0,8 от ХПК. Озонирование влияет на характеристики активного ила: уменьшаются иловый индекс, время уплотнения, сопротивление фильтрации. Однако применение способа интенсификации ограничено отсутствием закономерности воздействия озона на процесс анаэробной и аэробной биологической очистки.

Отечественные и зарубежные ученые едины во мнении о целесообразности применения автоматизированного прогнозирования и оперативного управления очисткой сточных вод. Однако в настоящее время отсутствуют не только основы формирования системы, но и подходы к ее решению, не говоря уже о технических решениях. Обилие показателей и неопределенность в существенном влиянии каждого из них на процесс сдерживает широкое применение автоматизированных систем. Сведения об окислении органического соединения и скорости этого процесса не могут быть адекватны реальным условиям его осуществления, поскольку сточные воды представляют субстрат, обеспечивающий различные источники питания ила. Оценка химических веществ по способности их к биохимическому распаду по показателю "легко", "трудно", "быстро" и "медленно" даст на-