Введение к работе
Глубокая очистка сточных вод дождевой и промышл енно-дождевой канализации является одним из приоритетных и наиболее актуальных направлений в области охраны водных ресурсов. В настоящее время большинство разрабатываемых и изготавливаемых очистных установок, вследствие определенных технологических особенностей и технико-экономических показателей, не могут быть использованы для очистки сточных вод с больших водосборных территорий - порядка сотен и тысяч гектаров, и поэтому их применяют преимущественно на автозаправочных станциях, паркингах и других объектах с небольшой водосборной площадью.
Для глубокой очистки больших объемов сточных вод дождевой и про-мышленно-дождевой канализации целесообразно внедрение сорбционно-седиментационной технологии, основанной на использовании в качестве основного реагента природного высокодисперсного гидрофобного алюмосили-катного сорбента, дозируемого в воду в виде суспензии. Для интенсификации последующего процесса отстаивания после введения твердофазного реагента воду дополнительно обрабатывают раствором катионного флокулянта.
Другой важной областью применения такой технологии является очистка промышленных и промышл енно-дождевых сточных вод крупных промышленных предприятий с целью использования для производственного водоснабжения, поскольку применение указанных реагентов не приводит к увеличению концентрации солевых компонентов в воде.
При отстаивании воды после реагентой обработки образуется осадок, обезвоживание которого является важнейшей стадией технологического процесса. Однако, особенности физико-химических и технологических свойств, а также закономерности флокуляции, седиментации и фильтрования подобных осадков изучены недостаточно, чтобы создать эффективную технологию их обезвоживания и подготовки к утилизации.
Актуальность диссертационного исследования определена необходимостью разработки технологии обезвоживания осадков, получаемых на стадии отстаивания, что позволит создать полностью завершенную, экономически и экологически эффективную сорбционно-седиментационную технологию очистных сооружений дождевой и промышленно-дождевой канализации для больших водосборных территорий.
Объектом исследования являются осадки, образующиеся на стадии отстаивания в процессе очистки данных сточных вод.
Предметом исследования являются свойства указанных осадков, закономерности процессов их кондиционирования и обезвоживания.
Достоверность полученных результатов основана на применении стандартных методик исследований осадков, известных и специально разработанных стендовых установок для моделирования процессов обезвоживания осадков, на использовании для статистической обработки результатов экспериментов программы «STATISTICA 8», на обобщении и сравнении полученных результатов по технологическим свойствам осадков различных объектов с имеющимися данными отечественных и зарубежных исследователей.
Целью работы является разработка научно обоснованной технологии обезвоживания осадков, образующихся на стадии отстаивания в сорбционно-седиментационном процессе очистки сточных вод дождевой и промышленно-дождевой канализации.
Задачи работы:
-
Определение физико-химических и технологических свойств осадков.
-
Выявление закономерностей обезвоживания осадков.
-
Разработка технологии обезвоживания осадков, ее аппаратурного оформления, внедрение полученных результатов в практику проектирования, монтажа и наладки очистных сооружений.
Научная новизна работы состоит в том, что в ходе исследования указанных осадков получены следующие результаты:
-
Экспериментально установлено, что при фильтровании удельное сопротивление слоя осадка снижается с увеличением содержания твердой фазы в исходном осадке и возрастает при повышении разности давлений фильтрования. На основании выявленных закономерностей научно обоснованы стадии технологии кондиционирования и обезвоживания осадков.
-
Получена эмпирическая математическая модель, устанавливающая зависимость удельного объема осадка, образующегося в отстойнике, и содержания в нем твердой фазы от дозы алюмосиликатного сорбента, используемого для обработки воды, и концентрации взвешенных веществ в исходной сточной воде. Модель представляет собой уравнения регрессии, позволяющие рассчитывать указанные технологические параметры для подобных систем.
-
Экспериментально установлена более высокая флокулирующая способность высокомолекулярных слабоосновных анионных флокулянтов в процессах кондиционирования исследуемых осадков. Определены тип и массовый расход реагента, а также условия флокуляционной обработки осадка по стадиям обезвоживания.
-
На основании кинематической теории стесненного осаждения концентрированных суспензий научно обосновано и экспериментально подтверждено, что скорость осаждения частиц сфлокулированного осадка и содержание твер-
дой фазы в образующемся сгущенном осадке возрастают с увеличением высоты слоя исходного осадка.
5. Установлены особенности процесса фильтрования осадков под действием сил гравитации, вакуума и давления. Показано, что фильтрационные свойства исследуемых дисперсных систем отличают их от осадков других типов тем, что при показателе сжимаемости меньше единицы процесс механического обезвоживания на фильтр-прессах можно эффективно проводить как под действием постоянного, так и постепенно увеличивающегося давления фильтрования.
Значение полученных результатов для практики состоит в том, что:
-
Разработана научно обоснованная технология обезвоживания осадков, образующихся в процессе очистки сточных вод дождевой и промышленно-дождевой канализации с применением высокодисперсных алюмосиликатных сорбентов и флокулянтов.
-
Полученные результаты внедрены на ОАО «Нижнесергинский метизно-металлургический завод» (г. Ревда), ЗАО «Березовский электрометаллургический завод» (г. Березовский), ОАО «Энергетик-ПМ» (г. Пермь) и других объектах.
-
Материалы работы автор использует в образовательном процессе при обучении студентов кафедры водного хозяйства и технологии воды ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого Президента России Б. Н. Ельцина».
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Результаты исследований физико-химических и технологических свойств осадков, образующихся в процессе очистки сточных вод дождевой и промышленно-дождевой канализации с применением алюмосиликатных сорбентов и флокулянтов.
-
Закономерности обезвоживания осадков.
-
Технология обезвоживания осадков и ее практическое применение.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на конференции в Словацком техническом университете города Братиславы (Братислава, Словакия: 2011), на XI Международном симпозиуме «Чистая вода России - 2011» (Екатеринбург: 2011), на конференции в университете Генуи (Генуя, Италия: 2010), на VII Международной конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды» (Волгоград: 2009), на X Международном симпозиуме «Чистая вода России - 2008» (Екатеринбург: 2008), на VIII Всероссийской научно-практической конференции "Экологические проблемы промышленных регионов» (Екатеринбург: 2008), на IX Международном симпозиуме «Чистая вода России - 2007» (Екатеринбург: 2007).
Личный вклад автора состоит в постановке и проведении экспериментальных исследований, анализе и научном обосновании полученных результатов, разработки технологии обезвоживания осадков и ее аппаратурного оформ-
ления, участии в проектировании, шеф-монтаже и наладке разработанных очистных сооружений.
Публикации результатов исследований. По теме диссертации опубликованы 20 научных работ, включая 3 статьи в ведущих рецензируемых научно-технических журналах, 9 работ в материалах всероссийских и международных конференций и симпозиумов, а также учебное пособие для студентов ВУЗов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы. Работа изложена на 172 страницах машинописного текста, содержит 37 рисунков и 25 таблиц. Список использованной литературы включает 133 источника.
