Введение к работе
Актуальность работы. В последние годы в ряде регионов сложилось тяжелое положение с обеспечением населения доброкачественной питьевой водой, необходимого элемента жизнедеятельности человека. От ее качества зависит состояние здоровья людей, уровень их санитарно-эпидемиологического благополучия, степень комфортности, и, следовательно, социальная стабильность общества. Поэтому решение проблемы обеспечения населения России безопасной для здоровья питьевой водой является одной из важнейших государственных задач.
В настоящее время качество воды большинства природных водоисточников не удовлетворяет нормативным требованиям. Это вызвано нарастающим в последние годы загрязнением водоемов веществами антропогенного происхождения. Качество воды многих рек на европейской и азиатской частях страны, характеризуется повышенными концентрациями фенолом (до 7-8 ПДК), хлороргшшческих псетицилои (до сотен мг/л), аммонийного и нитрнтного азота (до 10-16 ПДК), нефтепродуктов (до сотен и тысяч ПДК), ионов Zn, Си, РЬ (десятки ПДК).
На действующих водопроводных станциях в основном применяются технологии, не соответствующие современному уровню загрязнений, и часто не обеспечивающие требования санитарных правил и норм «Питьевая вода Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» (СанПиН 2.1.4.559-96). В связи с этим, в сочетании с традиционными технологиями необходимо применять новые методы, позволяющие обеспечить существующие нормативы.
В последнее время в нашей стране и за рубежом на станциях водоподготовки применяют традиционные схемы в сочетании со ступенью предварительной биологической очистки, которая позволяет удалять природных зафязнений в начале технологической цепочки.
В сложившейся ситуации перспективным является применение в качестве ступени биологической предочистки воды технологии, совмещающие в себе процессы сорбции зафязнений и их биологического окисления в одном сооружении, что позволит удалять наряду с природными загрязнениями также загрязнения антропогенного характера.
Одним из методов, позволяющих реализовать данную технологию, является разработанный в НИИ ВОДГЕО новый биотехнологпческий способ глубокой очистки сточных вод - биосорбция. Разработанный первоначально в качестве метода глубокой доочистки сточных вод он нашел успешное применение для очистки воды от ряда специфических загрязнений. Исследования, проведенные на чистых биорезиегептпых и трудноокисляемых веществах, позволили распространить применение биосорбци-онного метода на природные воды, которые отличаются от сточных более низкими концентрациями загрязнении, наличием преимущественно труді мокпелисмых веществ, сезонным характером их появления в периоды относительно непродолжительных паводков, а также низкими температурами воды в течение длительного зимнего периода
Принципиальная возможность применения биосорбционного метода в качестве ступени предочистки продемонстрирована специалистами НИИ ВОДГЕО результатами обширных исследований. Однако недостаточная научная информация по ряду вопросов ограничивала его широкое применение в схемах водоподготовки.
Диссертационная работа направлена на дальнейшее изучение биосорбционного процесса, на разработку конструкции биосорбционных аппаратов, позволяющих создать оптимальный технологический и экономический режимы работы в условиях водоподготовки.
Научно-исследовательские работы проводились в лаборатории технологических схем НИИ ВОДГЕО по плану ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НИР ГНЦ НИИ ВОДГЕО в рамках темы 3.1 .«Разработка научного обоснования глубокого удаления токсичных и трудноокисляемых загрязнений из природных и сточных водбиосорбцион-ным методом», а также по хоз. договору № 5193 с МП ПО «ВОДОКАНАЛ» г. Рязань по теме «Исследование эффективности биосорбционного метода для очистки речной воды города Рязани».
Цель настоящей работы заключается в разработке технологии и методики расчета биосорбционного способа очистки питьевой воды, применяемого на стадии предочистки. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
проведен анализ результатов научно-исследовательских работ и данных промышленных испытаний сооружения и аппаратов для биологической предочистки природных вод различного состава;
оценен современный уровень научных разработок, показывающий преимущество использошшия иммобилизованных (прикрепленных) микроорганизмов на различных носителях для окисления биорезистентных и биоокис-ляемых загрязнений присутствующих в природных и сточных водах.
проанализированы и обоснованы представления о биосорбционном окислении загрязнений антропогенного и природного характера;
в реальных условиях проведены длительные испытания биосорбционного процесса очистки природной воды. Установлено влияние температуры, получены кинетические константы и зависимости позволяющие рассчитать биосорбер на требуемую степень очистки при любой температуре;
определен гидродинамический режим работы биосорбера являющийся оптимальным по технологическим параметрам, исследованы гидравлические характеристики активированных углей различных марок применяемых » биосорберах;
разработана новая конструкция водораспределительной системы биосорбера;
разработана методика расчета биосорбера позволяющая определить основные технологические и конструктивные параметры;
определена технико-экономическая эффективность внедрения биосорбци-онной предочистки на станциях водоподготовки.
Научная новизна результатов, полученных автором диссертации, состоит в следующем:
впервые получены кинетические зависимости удаления из природных вод органических загрязнений, аммонийного азота и цветности биосорбцион-ным методам;
экспериментально подтверждена высокая барьерная роль биосорберов в условиях сильного антропогенного загрязнения водоисточников;
впервые экспериментально установлена возможность использования биосорберов в условиях низких температур, вплоть до 0,5 С;
получена зависимость влияния температуры (в диапазоне от 0,5 до 25С) на интенсивность процессов биосорбционного окисления органических соединений и аммонийного азота. Показано, что влияние температуры на кинетику окисления органических загрязнений и нитрификации природных вод описывается уравнением Аррениуса. Найдены значения коэффициентов и констант, входящих в это уравнение;
установлено влияние гидродинамической обстановки в псевдоожиженном слое ГАУ на эффективность биосорбционных процессов.
Практическое значение работы состоит в разработке методики технологического и гидравлического расчета биосорберов. Впервые получены основные технологические параметры работы биосорберов на природной воде. Разработана конструкция водораспределительной системы, обеспечивающая оптимальные гидродинамические условия в псевдоожиженном слое угля биосорбера. Использование полученных научных и производственных результатов позволяет расширить область применения биосорберов в различных технологических схемах водоподготовки.
Внедрение результатов работы. На основе выполненных исследований разработаны рекомендации на проектирование технологической схемы доочистки природных вод загрязненных антропогенными соединениями. Рекомендации внедрены при разработке рабочей документации промышленных установок по очистке подземных вод на водопроводных станциях: пос. Перегребное, пос. Сорум и пос. Светлый Западной Сибири производительностью 1500 м3/сут.
Апробация работы. Доклад по результатам работы был представлен на четвертом международном конгрессе «Вода: экология и технология» Экватек-2000. Результаты исследований докладывались на научном техническом совете НИИ ВО-ДГЕО.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 2 статьи и получен патент
«Способ біНИНЧИЧССНОП ОЧНСІМІ ІЦІДІ.І ІИ 'l|)>7IM(l
нии»,№ 2156748,27.09.2O0Or.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов и списка литературы из 97 наименований. Общий объем диссертации 112 страниц, содержит 33 рисунков, 4 таблиц.