Биологическая очистка поверхностных сточных вод от органических загрязнений и соединений азота.




Скачать 343.82 Kb.
НазваниеБиологическая очистка поверхностных сточных вод от органических загрязнений и соединений азота.
страница1/3
Семенов Михаил Юрьевич
Дата конвертации06.02.2016
Размер343.82 Kb.
ТипАвтореферат
источникhttp://www.watergeo.ru/fileadmin/documents/semenov_autoreferat.doc
  1   2   3


На правах рукописи


Семенов Михаил Юрьевич


БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ПОВЕРХНОСТНЫХ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ И СОЕДИНЕНИЙ АЗОТА.



05.23.04 – Водоснабжение, канализация,

строительные системы охраны

водных ресурсов


Автореферат

Диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Москва – 2007

Работа выполнена в Федеральном Унитарном Государственном Предприятии Ордена Трудового Красного Знамени комплексном научно-исследовательском и конструкторско-технологическом институте водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии «НИИ ВОДГЕО» (ФГУП «НИИ ВОДГЕО»)



Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Швецов Валерий Николаевич




Официальные оппоненты:

доктор технических наук

Драгинский Виктор Львович,

ОАО «НИИКВОВ», г. Москва


кандидат технических наук

Верещагина Лидия Михайловна,

ОАО «НИИ ВОДГЕО», г. Москва




Ведущая организация:

ООО «РОСЭКОСТРОЙ», г. Москва




Защита состоится «25» апреля 2007 г. в 10-30, на заседании диссертационного совета Д 303.004.01 при ОАО «НИИ ВОДГЕО» по адресу: Комсомольский проспект, 42, стр. 2, г. Москва, Г-48, ГСП-2, 119048.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «НИИ ВОДГЕО», тел. (495) 245-97-87, (495) 245-95-56, факс (495) 245-96-27.


Автореферат разослан "__" ______ 2007 г.



Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук




Ю.В.Кедров



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Сброс поверхностных стоков промышленных предприятия и селитебных зон является существенным фактором, вызвавшим серьезное загрязнение водоемов. Поверхностные сточные воды могут характеризуются значительными концентрациями нефтепродуктов до 100 мг/л (в среднем 0,5 - 2 мг/л); органических загрязнений по БПК до 300 мг/л, по ХПК до 500 мг/л; содержание биогенных элементов в этом случае составляет до 70 мг/л аммонийного азота.

Для очистки поверхностного стока применяются в основном физико-химические методы очистки, недостаточно эффективные для удаления растворенных органических веществ и соединений азота. Очистка поверхностного стока биологическими методами имеет ряд преимуществ так как практически не требует применения дорогостоящих расходных материалов.

Актуальность работы вызвана необходимостью развития технологий и эффективных сооружений для очистки поверхностных сточных вод от органических веществ и соединений азота биологическим методом, а так же создания методики расчета сооружений биологической очистки, учитывающей качественные и количественные характеристики поверхностного стока.

Вопросы биологической очистки поверхностного стока освещены недостаточно. Современная литература на тему удаления соединений азота и растворенных органических веществ из поверхностных сточных вод практически отсутствует. Из-за ряда особенностей поверхностных сточных вод отсутствуют эффективные сооружения для удаления соединений азота и специфических органических соединений из поверхностного стока.

Цели и задачи работы.

Цель настоящей работы состояла в создании эффективной технологии биологической очистки поверхностных сточных вод, в полной мере учитывающей их особенности. Для реализации поставленной цели были определены следующие задачи:

  • обосновать целесообразность и эффективность применения биосорбционной технологии для очистки поверхностного стока;

  • обосновать применение наиболее эффективных загрузочных материалов в биосорберах, определить их технологические и гидравлические характеристики;

  • исследовать основные закономерности очистки поверхностного стока от соединений азота и растворенных органических соединений;

  • исследовать влияние температуры на интенсивность биосорбционных процессов при очистке поверхностного стока;

  • определить кинетические характеристики процессов биологической очистки ливневых и талых сточных вод в проточных условиях;

  • исследовать и обосновать оптимальные технологические параметры биосорберов при очистке поверхностного стока;

  • разработать методику расчета биосорберов для очистки поверхностного стока от растворенных органических соединений, в том числе и специфических (нефтепродукты, этиленгликоль и др.) и соединений азота;

  • выполнить технико-экономическую оценку разработанной технологии биосорбционной очистки поверхностных сточных вод от растворенных органических соединений и азота.

Научная новизна работы заключается в следующем:

  • научно обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность и условия применения биосорберов для очистки поверхностных сточных вод с территорий промышленных предприятий и городов от соединений азота и специфических органических загрязнений;

  • показано, что в биосорберах процессы биологического окисления органических соединений (нефтепродукты, этиленгликоль, формальдегид и др.) и соединений азота адекватно описываются уравнениями ферментативной кинетики; впервые экспериментально получены кинетические характеристики для этих ингредиентов поверхностных сточных вод;

  • исследована кинетика окисления нефтепродуктов, формальдегида, этиленгликоля и азота аммонийного, содержащихся в поверхностных сточных водах. Установлен механизм процесса окисления и кинетические константы уравнений ферментативной кинетики, описывающих эти процессы;

  • получены зависимости удельной скорости окисления загрязнений и процесса нитрификации от температуры, в диапазоне от 5оС до 20оС. Экспериментально показано, что процессы нитрификации и окисления органических загрязнений на биосорберах достаточно эффективно протекают при температурах 5-6оС

Практическая ценность работы состоит в следующем:

  • по результатам исследований разработана методика расчета биосорберов для очистки поверхностного стока от растворенных органических соединений, в том числе и специфических (нефтепродукты, этиленгликоль и др.) и соединений азота с учетом сезонного изменения температуры сточных вод;

  • на основе проведенных исследований разработан раздел "8.6. Биологическая очистка", "Рекомендаций по расчету систем сбора, отведения и очистки поверхностного стока с селитебных территорий городов, промышленных предприятий и расчету условий выпуска его в водные объекты"

  • определены оптимальные схемы очистки поверхностного стока, включающие ступень биологической очистки на биосорберах, разработано их конструктивное оформление.

  • в результате исследований установлена целесообразность очистки поверхностного стока от органических соединений и азота биологическим (биосорбционным) методом. Разработанная технология позволяет отказаться от сложных и дорогостоящих физико-химических методов очистки для удаления этих загрязнений из поверхностного стока. Разработанная технология и метод расчета сооружений могут быть использованы проектными и эксплуатирующими организациями при проектировании и реконструкции систем очистки поверхностного стока с территорий городов и промпредприятий. Внедрение разработанной технологии биологической очистки поверхностного стока существенно улучшит санитарное и экологическое состояние водоемов – приемников сточных вод.

Достоверность полученных результатов подтверждается большим объемом и длительностью экспериментальных исследований на лабораторных и пилотных установках с реальными сточными водами в различные сезоны года, сходимостью расчетных и экспериментальных результатов, применением стандартизированных методов измерений и анализа, статистической обработкой результатов.

Обоснованность предлагаемых технологических и конструктивных решений подтверждена лабораторными и полупроизводственными испытаниями с реальными сточными водами.

Апробация работы и публикации:

Основные результаты данной работы докладывались на научно-практическом семинаре НИИ «ВОДГЕО» (Москва, апрель 2004 г., май 2006г.) и на 6-ом Международном конгрессе "ЭКВАТЕК-2004" (июнь-2004г).

По теме выполненных исследований опубликовано 4 работы.

Реализация результатов исследований:

Результаты исследований использованы при разработке раздела "8.6. Биологическая очистка" новых "Рекомендаций по расчету систем сбора, отведения и очистки поверхностного стока с селитебных территорий городов, промышленных предприятий и расчету условий выпуска его в водные объекты"

По разработанным рекомендациям выполнены проекты очистных сооружений обработки поверхностного стока с территорий аэропортов Домодедово и Шереметьево.

На защиту выносятся:

Результаты теоретических и экспериментальных исследований по:

  • обоснованию целесообразности и эффективность применения биосорбционной технологии для очистки поверхностного стока;

  • обоснованию применения наиболее эффективных загрузочных материалов в биосорберах, определению их технологических и гидравлических характеристик;

  • результаты исследований основных закономерностей очистки поверхностного стока от соединений азота и растворенных органических соединений биосорбционным методом;

  • результаты исследований влияния температуры на интенсивность биосорбционных процессов при очистке поверхностного стока;

  • исследования кинетических характеристик процессов биологической очистки ливневых и талых сточных вод;

  • оптимальные технологические параметры биосорберов при очистке поверхностного стока;

  • методика расчета биосорберов для очистки поверхностного стока от растворенных органических соединений, в том числе и специфических (нефтепродукты, этиленгликоль и др.) и соединений азота;

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка литературы из 136 наименований и приложений. Общий объем диссертации 133 страницы, 54.рисунка и 13 таблиц.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель и задачи исследований, ее научная новизна и практическая значимость, а также основные положения диссертации, вынесенные на защиту.

В первой главе диссертации приведены характеристики поверхностного стока с территорий городов и промышленных площадок, представлен анализ литературных данных по существующим методам очистки поверхностного стока.

Показано, что поверхностный сток с селитебных территорий городов и промышленных предприятий представляет собой особый вид сточных вод с присущими только ему особенностями формирования и режима поступления в водные объекты и характеризуется крайней нестационарностью во времени как по расходам, так и по концентрациям загрязнений. Особую сложность представляет удаление из поверхностного стока соединений азота, нефтепродуктов, СПАВ и других специфических растворенных органических загрязнений.

Отмечены особенности биологической очистки поверхностных сточных вод. Для самостоятельной очистки поверхностного стока в России настоящее время в основном используются сооружения механической и физико-химической очистки, а для доочистки - сорбция на синтетических или природных сорбентах. Недостатком физико-химических методов очистки является и то, что они не эффективны для удаления из сточных вод соединений азота, растворенных специфических загрязнений, таких как фенол, СПАВ, нефтепродукты и др. Для этих целей перспективно применение биологических методов очистки, однако крайняя нестационарность ливневого стока по расходам, концентрациям и температуре, а также относительно низкие концентрации органических загрязнений не позволяют эффективно использовать обычные сооружения биологической очистки с активным илом.

Показана перспективность и целесообразность применения для очистки поверхностных стоков биосорбционного метода, реализованного в аппаратах с псевдоожиженным слоем активированного угля или цеолитов, либо в биомембранных реакторах с порошкообразной загрузкой. Однако недостаточная теоретическая изученность вопросов, ограниченность данных по биосорбционной очистке поверхностных сточных вод, в том числе в условиях низких температур, потребовало проведения специальных исследований.

Во второй главе представлен анализ теоретических предпосылок использования биосорбционного метода для очистки поверхностного стока, а также методов их математического описания.

Процессы биологической очистки сточных вод, протекающие в свободном объеме или на поверхности носителя, являются результатом метаболической деятельности микроорганизмов, основу которых составляют реакции, катализируемые ферментами как внутри клетки, так и за ее пределами. Математическое описание кинетики ферментативных реакций основано на предположении существования комплекса фермента с субстратом и зависимости скорости реакции от скорости распада этого комплекса с образованием продукта реакции и свободного фермента. Согласно этой гипотезе для ферментативных реакций, протекающих по схеме1:

Е+S  Е S  E +P (2-1)

Михаэлисом и Ментен выведено известное уравнение:

(2-2)

Согласно этому уравнению зависимость скорости реакции от концентрации органического вещества выражается гиперболической функцией.

Для описания более сложных ферментативных реакций было разработано множество соответствующих модификаций этого уравнения, отражающих механизмы взаимодействия фермента, субстрата, ингибиторов и других компонентов реакции.

Показана важная роль отбора видов микроорганизмов в процессе формирования биопленки в зависимости от качественного состава субстрата и условий проведения процесса очистки. Важнейшей характеристикой процесса биологической очистки является скорость прироста микроорганизмов.

В популяции микроорганизмов имеется целый спектр исходных медленнорастущих видов. Замещение ими исходных форм приводит к перестройке популяции. Согласно анализу Мозера, один вид (А) вытесняет другой (В) при условии а> в. Давление отбора () характеризуется как разница в удельных скоростях роста рассматриваемых видов:

 = а - в , (2-15)

При отсутствии лимитирования процесса концентрацией субстрата, скорости роста и скорости окисления близки к максимальным и отбор происходит в пользу микроорганизмов, растущих с максимальной скоростью (max).

При окислении трудноокисляемых органических веществ или при работе реактора в режиме глубокой очистки автоселекция и отбор видов направлен на уменьшение константы Km, на снижение концентрации субстрата, лимитирующего рост.

Сущность биосорбционного метода состоит в совмещении в пространстве и во времени процессов адсорбции органических загрязнений из обрабатываемой воды с их биологическим окислением микроорганизмами и их экзоферментами, иммобилизованными на поверхности и в микропористой структуре пористого гранулированного носителя. Это позволяет непрерывно осуществлять эффективную и глубокую очистку воды от органических трудноокисляемых и токсичных соединений без необходимости термической регенерации или замены сорбента. Принципы данного метода защищены патентами. Разработана концептуальная модель процесса биосорбционного окисления.

В зависимости от качественного состава окисляемых субстратов и физико-химиче­ских свойств материалов-носителей форма кинетических зависимостей в соответствии с этой моделью имеют различный характер. При одновременном присутствии в составе субстрата биоразлагаемых и биорези­стентных компонент и использовании в качестве материала-носителя гранулирован­ного активированного угля эта зависимость должна иметь S – образный характер, отражающий кинетику окисления биорезистентных веществ в стадии глубо­кой доочистки (зона 1) при минимальной толщине биопленки и питании ее с внутрен­ней стороны. Кинетика окисления в этой зоне должна описываться (в простейшем слу­чае) уравнением типа Михаэлиса-Ментен с кинетическими параметрами, зависящими о природы экзоферментов, иммобилизованных в микропористой структуре активирован­ного угля, с учетом влияния на эти параметры специфических сорбционных взаимодей­ствий и диффузионных ограничений.

В зоне 3 этой кривой, характеризующей окисление биоразлагаемых компонент, окисление протекает по механизму, характерному для биофильтров или аэротенков, а кинетика аналогична модели; Ритмана и Мак-Карти.

В переходной зоны 2 происходит резкое изменение толщины биопленки, а также другие сложные явления, связанные с возможными переходами системы от диффузионного режима к кинетического и наоборот.

Основным механизмом удаления биорезистентных компонентов сточных вод является их модификация в биоразлагаемую форму в адсорбированном состоянии экзоферментами микроорганизмов, иммобилизованными в микропористой структуре сорбента с последующей десорбцией биоразлагаемых продуктов в биопленку и окислением.

Одним из существенных факторов, влияющих на кинетику ферментативных реакций, является температура. Изменение температуры влияет на ферментативную реакцию или на торможение потому, что при этом изменяются константы скорости отдельных стадий, например константы образования и диссоциации комплексов. Процесс биологической очистки сточных вод, как регулируемая ферментами реакция достаточно четко описывается уравнением Аррениуса, определяющим зависимость скорости химической реакции от температуры.


(2-47)

где: k
  1   2   3

Похожие:

Биологическая очистка поверхностных сточных вод от органических загрязнений и соединений азота. iconБиологическая очистка сточных вод города Кызылорда в целях орошения гибридных тополей реферат магистерской диссертации на соискание академической степени магистра сельскохозяйственных наук по
Биологическая очистка сточных вод города Кызылорда в целях орошения гибридных тополей
Биологическая очистка поверхностных сточных вод от органических загрязнений и соединений азота. iconГлубокая очистка сточных вод от органических загрязнителей флотационно-кавитационным методом
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования “Санкт-Петербургский государственный...
Биологическая очистка поверхностных сточных вод от органических загрязнений и соединений азота. iconТютин Александр Аркадьевич студент группы фэв-51В, Научный Лебедева Елена Александровна доц., к т. н
Внедрение в практику водопользования нового Водного кодекса РФ в ещё большей степени ужесточает требования к качеству сбрасываемых...
Биологическая очистка поверхностных сточных вод от органических загрязнений и соединений азота. iconДмитрий иванович менделеев
Профессор, д-р хим наук, зав кафедрой химии и технологии органических соединений азота Целинский И. В
Биологическая очистка поверхностных сточных вод от органических загрязнений и соединений азота. icon«Соединения азота» "Границ научному познанию и предсказанию предвидеть невозможно". (Д. Менделеев)
Выяснить положительное и отрицательное влияние азота и его соединений на живые организмы
Биологическая очистка поверхностных сточных вод от органических загрязнений и соединений азота. iconПо способу получения органических соединений все клетки делятся на две группы. Одна группа клеток способна к синтезу органических веществ из неорганических co
Поэтому клетки, способные к синтезу органических веществ из неорганических, называются автотрофными (или автотрофами). Главными автотрофами...
Биологическая очистка поверхностных сточных вод от органических загрязнений и соединений азота. iconСинтез, строение и биологическая активность новых гетероциклических соединений на основе тиомочевины и ее производных

Биологическая очистка поверхностных сточных вод от органических загрязнений и соединений азота. iconСамостоятельная работа обучающихся по химии
Изготовление моделей молекул – представителей различных классов органических соединений
Биологическая очистка поверхностных сточных вод от органических загрязнений и соединений азота. icon6М073100 Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды
Сточные воды и их классификация, показатели качества воды. Правила охраны поверхностных вод рк
Биологическая очистка поверхностных сточных вод от органических загрязнений и соединений азота. iconЭкологические проблемы государств-участников СНГ
Самыми наболевшими из таковых являются загрязнение воздуха, а также подземных и поверхностных вод, эрозия почв, сокращение популяции...
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©kzdocs.docdat.com 2012
обратиться к администрации
Документы
Главная страница