Введение к работе
Актуальность проблемы. Технический прогресс,, вызвавший в по-. следние десятилетия стремительный рост объема промышленного производствен с особой остротой выдвинул проблему защиты окружающей среды очі загрязненияо Директивами ХХУП съезда КПСС развития народного хозяйства СССР в 12-ой пятилетке и на период до 2000 г. и Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР "О коренной перестройке дела охраны природы в стране" в нашей стране намечает-с осуществить широкую программу социально-экономических и технических мероприятий,, в частностиt расширение строительства очистных сооружений„ увеличение мощности и повышение эффективности их работы за счет усовершенствования существующих и создания новых технологических процессов.
Предотвращение антропогенного эвтрофирования водоемов, обусловленного, в первую очередь, поступлением в них биогенных элементов азота и фосфора, является в настоящее время весьма актуальной проблемой» Следствием эвтрофикации является массовое развитие планктонных водорослей, приводящее к существенному ухудшению качества воды, появлению привкусов и запахов, нарушению кислородного режима и экологической обстановки в водоемах^неприем: )-мой для нормальной жизнедеятельности гидро.бйонтов. В результате возникают дополнительные трудности при очистке воды для хозяйст- : венно-яитьевых целей и производственного водоснабжения.-,Присутствие аммиака в речной воде оказывает сильное токсическое влияние на рыб, наличие нитритов.в питьевой воде вызывает'раковые заболева- ' кия, нитраты могут быть причиной заболевания детей метгемоглобине-* миейо" Наличие соединений азота в оборотной воде промышленных предприятий приводит к образованию биологических обрастаний технологических аппаратов, теплообменников и коммуникаций, осложняет эксплуатацию оборудования Практика свидетельствует. о том, что защита /*. водоемов от поступления только соединений фосфора во многих случа-
-4.-
ях но предотвращает эвтрофирования, для этого необходимо защитягь . их и от загрязнения веществами, содержащими азот»
Органические и минеральные соединения азота присутствуют в сточных водах многих отраслей промышленности; химической„ нефтехимической, медицинской, микробиологической, металлургической„ коксохимической, пищевой0 агропромышленного комплекса и др0(, а
Также В Х03ЯЙСТВЄНН0-<ІНТОВНХ СТОЧНЫХ ВОДЭХо
Как правило, вьгаеназваннуе сточные воды очищаются от присутствующих в них органических веществ биологическими методами, в то время как соединения азота практически остаются в очищенной жидкости. Доочистка биологически очищенных сточных вод от соединений азота требуется в настоящее время органами здравоохранения и рыбоохраны практически повсеместно, а для этого необходимы дополнительные капитальные вложения, что обусловливает остроту и актуальность решения проблемы».
Диссертация посвящена разработке научных основ биологической очистки сточных вод о? соединений азота9 совершенствованию и со- зданию новых технологических процессов и сооружений для их осуществления.
Широкий круг затрагиваемых в работе задач опирается на опыт и результаты исследований по биологической очистке сточных вод, выполненных за рубежом и в Советском Союзе,' в частности, во ВНИИ ВОДГЕО под руководством Н.А.Базякиной, С.В.Яковлева, И.В.Скирдова, Ц.И.Роговской, Е.Е-Гришиной, И.Д.Родзиллера, В.Н.Швецова, а также в других научно-исследовательских организациях Н.АЛуккных» Т.А.Карюхиной, Я„А.Карелиным, СоМ.Ши^риным, Л.И.Ггантер, Б.Г.Мшпу-ковым, И.Н.Чурбановой, Э.С.Разумовским, Ю.А.Феофановым, ?.М.Евиле-вичем и другими специалистами. Результаты их работ послужили основой для исследований тю дальнейшему совершенствованию технологии биологической очистки сточных вод от органических веществ и соединений азотао
- б -
В основу диссертационной работы положены исследования„ выполненные автором и под его руководством в лаборатории очистных сооружений ВНИИ ВОДТЕОо Работы проводились в соответствии с комплексной целевой программой Госкомитета СССР по науке и технике по проблеме 0.85»02, планами работ совещания руководителей водохозяйственных органов стран-членов СЭВ, а также по хоздоговорам с рядом промышленных предприятий.
Цель работы» Целью работы являлось научное обоснование и разработка эффективных технологических процессов и сооружений для глубокой биологической очистки сточных вод от соединений азота на основе направленного формирования оптимальных биоценозов активных илов8 применения загрузочных материалов для прикрепления микроорганизмов, а также физических методов воздействия на активный ил.
Научная новизна исследований заключается в следующем:
теоретически обоснована и экспериментально подтверждена применимость закономерностей популяционной динамики и ферментативной кинетики для исследования, анализа и описания процессов биологической нитрификации и денитрификации (НДФ) сточных вод?
разработана научная концепция управления процессами нитрификации и денитрификации по показателям окислительно-восстановительного потенциала и t^ среды и экспериментально подтверждена возможность денитрификации аммонийсодержащей жидкости в аэробных условиях без добавления органического углерода;
теоретически обоснована целесообразность ингибирования второй фазы нитрификации с целью интенсификации процесса и проведений1 в аэробных условиях денитрификации кислых сточных вод (рН=2-3) путем постепенной адаптации активного ила; ' ...
установлены основные закономерности процессов нитрификации-и денитрификации в аппаратах с прикрепленными микроорганизмами ил?' на твердой загрузке
-6.-
- обоснована возможность применения гидродинамических излучателей в качестве источника ультразвука для обработки части активного ила с цельи интенсификации процессов нитрификации г окисление органических веществ. '
Научно-практическая новизна результатов исследований : пронятых на их основе технических решении подтверядена 12 авторскими свидетельствами СССР на изобретение и одлим патентом в ГДР.
Практическая ценность рлботц заключаемся в разработке основ-, ішх принципов к методов-расчета сооружений биологической очистки сточных вод от соединений азоте и органических веществ0 включая расчет прироста биомассы . активного ила. а яакже рекомендации ко проектированию технологій биологической очистки азотсодержащих сточных вод химической, нефтехимической,, пищевой, микробиологической и других отраслей промшленаосїн; в разработке конструкций, метода расчета и практически рекомендацій для проектирования новых типов сооружении ( прикроплеї .вой микрофлорой и гидродинамической обработкой части активного ила, обеспечивающих современные требование к ісачеству сточных вод при кх сбросе у водоемы или при повторном использовании в оборотных системах промышленного водо--снабжения.
Разработанные автором технологии и конструкции сооружений находяг широкое применение в практике проектирования и строительства очистных сооруае'-лй. Они использовоны более чем в 20 проектах стаїший биологической очистки производственных и городских сточных вод, из которых 8 объектов находится б эксплуатации,, Фактический-годовой экономический эффект составляет более I млн,руб/г-пд. ожидаемый ~ более 5 млн.руб/годо
На защиту автором выносятся:
*- результаты теоретических и экспериментальных исследований основных закономерностей процессов нитрификации и денитрификашш,
а также прироста активного ила в одноступенных и многоступенных схемах биологической очистки сточных вод от соединений азота и органических веществ?
результаты теоретических и экспериментальных исследований управления процессами нитрификации и денитрификадии по показателя^ скислительно-восстановительного потенциала и гЕ, среды8 а также, по технологическому показателю ~ возрасту активного ила;
результаты технологических исследований процессов очистки различных видов сточных вод методом биологической нитрификации и денитрификации в сооружениях со свободно плавающими микроорганизмами активного ила„ в аппаратах с различными типами стационарны^-загрузочных материалов,, с использованием технического кислорода для нитрификации воды в псевдоожиженном слое песка, с осуществлением процесса денитрификации в псевдоожиженном слое активного ила, а также при использовании физических методов воздействия на активный ил путем обработки части иловой смеси ультразвуком с помощь? гидродинамических излучателей.
Результаты этих исследований обеспечили комплексное решение, вопросов биологической очистки сточных вод от соединений азота и органических веществ, а также прироста биомассы в одноступенныл и многоступенных схемах, вклшая применение новых сооружений л технологий - аэротенков'с ультразвуковой обработкой активного ила, анаэробных и аэробных биореакторов с псевдоожикенным слоем песка и применением технического кислорода, денитрификаторов с псевдоожикенным слоем активного ила, технологии с осуществлением одновременной' нитрификации и денитрификации в присутствии растворенного кислорода без добавления органического углерода, процессов с ингпби-рованием второй фазы нитрификации, денитрификации кислих нитратсо-деряащих сточных вод без предварительной их нейтрализации. Все эта позволяет существеию снизить капитальные.и эксплуатационные затра-
ты ьа очистку сточных вод от соединений азота при обеспечении современных высоких требований на их сбросв водоемы или ис. ользо-вание в системах оборотного водоснабжения.
Личный вклад диссертанта. Определены основные направления исследований, разработка которых обеспечен коренное совершенствование технологий и сооружений биологической очистки сточных зод от соединения азота. На основе этих ас следований„ проведенных под руководством диссертанта и при его непосредственном участии,; установлены основные закономерности процессов нитрификации и деиитрь-фккашш, разработаны новые высокоэффективные технологии и конструкции очистшс: сооружений, прсдусматриваэдие оптимальное проведение процессов очисткїі зодн от соедшенй азота*
Апробация работы. Основные положения диссертации опубликованы в 26 статьях в сборниках трудов института ВОДГЕО, лурнале 'Водоснабжение к санитарная техника"' л других изданиях,, а тіюяо 2 книге "Биологическая очистка производственных сточных вод. Процессы, аппараты и сооружения", Me. Стройкздат, 1905 г. Результаты работы докладывались на научно-технических Всесоюзных и Республиканское конференциях., симпозгумах. семинарах б г-Гс'&сква (1988, IS89 ег0), Чіфчяк (1979),, Пущино (1979,, I935r IS86)„ Красноярск (1982)0 Каунас (1984, 1985. IS86„ 1987) „ Тбилиси (1935). а также на симпо-эиумах СЭВ "Разработка новых методов и технологий очистки и доочистки сточных вод. включая обработку и использование, осадков" (1983,,. 1935„ 1986 vr*) t ка советско-американскихсимпозиумах (1987, І9880 1939 Сто) и на встречах со специалистами США. Япониир Финляндии,, ФРГ,, ГДР.
Структура работы. Работа состоит из введения„ секи глав, общих выводов (250 страниц машинописного текста,, 142 иллюстрации, 73 таблицы, библиография из 186 наименования) и приложении.
Вся научная деятельность автора проходила при сотрудничестве с академиком СВоЯковлевым, д„ТоН0ИеВоСкирдовкм,, ДоТоНоВ.НоШвецовш. При разработке отдельных вопросов автор сотрудничал с к.б„н.Н.В.За-хватаевой0 КоТаНоМоА.Пироговой,КоТ.НоЕ0В0Сбколовойг к»т.НоА.С.Шелом-ковым0 Коб.НоОоСТроян, с аспирантаілиН.М.Ильинской,М.Т.О.Членской,' КвК„БыковымР к»ТоН.Е»А.Корнеевой,
Автор благодарен сотрудникам лаборатории очистных сооружений за помощь в проведении экспериментальных исследований и внедрении № результатов»
Автор также выражает глубокую признательность главному инженеру Щекинского ПО отАзот" Лурье Б«,Ио и начальнику цеха очистки вод-е Березкшюй Но!» за активную помощь в реализации промышленных испы-, .-таний ряда разработок автора на очистных сооружениях Обьединеїшя; .
