Автореферат диссертации (Совершенствование контактных биореакторов для очистки сточных вод)

На правах рукописиПукемо Михаил МихайловичСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНТАКТНЫХ БИОРЕАКТОРОВДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД05.23.04 Водоснабжение, канализация, строительные системыохраны водных ресурсовАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква 20192Работавыполненавфедеральномгосударственномбюджетномобразовательномучреждениивысшегообразования«Национальныйисследовательский Московский государственный строительный университет».Научный руководитель:доктор технических наук, профессор,Алексеев Евгений ВалерьевичОфициальные оппоненты:Баженов Виктор Ивановичдоктортехническихнаук,профессор,исполнительный директор ЗАО «Водоснабжение иводоотведение»,Иваненко Ирина Ивановнакандидат технических наук, доцент, доцент кафедры«Водопользования и экологии» Федеральногогосударственного бюджетного образовательногоучреждениявысшегообразования«СанктПетербургский государственный архитектурностроительный университет» (СПбГАСУ),Ведущая организация:АО «МосводоканалНИИпроект»Защита диссертации состоится 15 мая 2019г.

в 12 часов 00 минут (по местномувремени) на заседании диссертационного совета Д 212.138.10, созданного на базеФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственныйстроительный университет» по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, д.26, 9студия «Открытая сеть».С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотекеФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственныйстроительный университет» по адресу: Москва, Ярославское шоссе д.26 и на сайтеwww.mgsu.ru.Автореферат разослан «____» ___________________ 2019 г.Ученый секретарьдиссертационного советаГогина Елена Сергеевна3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования.Интенсивная урбанизация территорий, расположенных вне зонобслуживания централизованными системами водоотведения обуславливаетнеобходимость развития систем и сооружений для отведения и очистки сточныхвод с малым притоком.

Особенность таких сточных вод состоит в высокойнеравномерности поступления в течение суток и года в целом, как по объему, таки по содержанию загрязняющих веществ. При этом, система нормативныхтребований, предъявляемых к системам очистки малых потоков сточных вод вчасти качества очищенной воды, включая биогенные элементы, не отличается оттребований к централизованным очистным сооружениям.В этих условиях общепринятым решением является применение, какнаиболее универсальных, биологических процессов деструкции органическихзагрязняющих веществ и удаления биогенных элементов. Посколькубиологические процессы очистки воды относятся к медленным, то в условияхзначительной неравномерности притока возникает необходимость устройствадополнительных регулирующих емкостей, что приводит к увеличениюстроительных объемов и стоимости очистных сооружений.Наиболее распространенным технологическим решением для малыхочистных сооружений является биологическая очистка в аэротенках с активнымилом.

При недостаточной стабилизации притока сточных вод свободно плавающийактивный ил может выноситься из сооружений или осаждаться, что вызываеттехнологическое нарушение процесса очистки сточных вод.Анализ существующих систем очистки малых потоков сточных водпоказывает, что очистные сооружения с использованием контактных биореакторовв наибольшей мере соответствуют особенностям этих вод.На основе обобщения отечественного и зарубежного опыта строительства,проектирования и эксплуатации очистных сооружения для малых населенныхмест, актуальным направлением представляется совершенствование контактныхбиореакторов на основе исследований, разработки и создания элементов иконструкций устройств для формирования и эффективного использованияприкрепленной биомассы.Степень разработанности темы исследования.Вопросы совершенствования работы сооружений биологической очисткишироко освещены в работах В.Н.Швецова, Н.А.Лукиных, Э.С.Разумовского,Н.А.Залетовой, С.В.Степанова, В.И.Баженова, А.А.Денисова.

Существенный вкладв исследование работы контактных биореакторов и формирования биоценозоввнесли работы Ю.В. Воронова, Н.С. Жмур, М.Н. Козлова, В.П. Саломеева, Ю. А.Феофанова, H.J. Choi, M. Henze, R. Lemaire, H. Odegaard, B. Young.4Однако применение новых загрузочных материалов в контактныхбиореакторах и особенности формирования на них биоценозов требуетдополнительного исследования.Объект исследования. Малые биологические канализационные очистныесооружения.Предмет исследования.

Процесс биологической очистки сточных вод оторганических веществ и азотных соединений в контактных биореакторах.Цель работы – научное обоснование разработки и применение нового типазагрузки для интенсификации процесса очистки сточных вод в контактныхбиореакторах.Для достижения цели были поставлены следующие задачи:- изучить и проанализировать принципы работы и конструктивные решениясуществующих контактных биореакторов с прикрепленными микроорганизмамидля очистки сточных вод;- разработать и создать новый тип биозагрузки из полимерных материаловдля контактных биореакторов, обладающей высокой удельной поверхностью ибиостойкостью, обеспечивающей интенсивный рост и прикрепление биоценоза;- исследовать условия формирования, структуру и видовой составорганизмов-индикаторов биоценоза контактных биореакторов при работе с новымтипом загрузки;- изучить эффективность снижения органических загрязняющих веществ нановом типе загрузки;- изучить влияние на биоценоз биопленки неравномерности поступленияорганических загрязнителей в контактных биореакторах с предлагаемой загрузкой;- разработать рекомендации по применению контактных биореакторов сразработанной биозагрузкой для интенсификации процессов очистки сточных вод;- провести исследования работы биореакторов с использованиемпредлагаемой загрузки в натурных условиях;- провести экономический анализ результатов применения предлагаемоготипа загрузки из полимерных материалов в контактных биореакторах в составесооружений биологической очистки сточных вод.Научная новизна:- предложен новый подход к увеличению удельной поверхностиконтактного материала путем создания многоуровневой петельной структуры изпорошково–волокнистых полимерных материалов;- получены новые результаты о составе биоценоза биопленки,формирующейся на многоуровневой поверхности загрузки петельного типа;5- установлено, что в петлеобразных структурах загрузки биопленкахарактеризуетсяпространственнымнаправленнымростомсообществамикроорганизмов, формирующих матрикс, к противоположной части петли,образуя мостики;- определены кинетические закономерности очистки сточных вод вконтактных биореакторах с многоуровневой петельной загрузкой в натурныхусловиях, положенные в основу проектирования очистных сооружений.Теоретическая и практическая значимость работы:- теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможностьинтенсификациипроцессовбиологическойдеструкцииорганическихзагрязняющих веществ путем создания загрузочного материала с большойудельной поверхностью и формирования на нем структурированногомногоуровневого биоценоза;- экспериментальнодоказаноналичиефрактальныхмостиковмикроорганизмов, формируемых на разработанной загрузке, и их устойчивогопространственного роста, что способствует повышению количества биомассы,исключая факторы ее заиливания и повышая эффективность гидродинамическогомассообмена;- доказана устойчивость прикрепленного биоценоза, сформированного наповерхности разработанной загрузки, к изменяющемуся объему и составуочищаемых сточных вод за счет его многоуровневого роста и высокой степенивнутреннего массообмена в контактном биореакторе;- разработаны рекомендации по применению петельной загрузки вконтактных биореакторах для очистки сточных вод;- разработана и внедрена новая конструкция загрузки петельного типа изпорошково-волокнистых материалов и метод ее создания, отличающаяся высокойудельной поверхностью для прикрепления биоценоза, биостойкостью,возможностью формирования многоуровневой биопленки с активным матриксом(патент на полезную модель №152194 «Биологическая загрузка для биореактора»);- разработана и внедрена новая конструкция контактного биореактора спетельной загрузкой, обеспечивающего глубокую биологическую очистку сточныхвод и обладающего технологической устойчивостью к неравномерностигидравлической нагрузки (патент на изобретение № 2620974 «Биореактор дляочистки сточных вод»).Методология и методы исследования.

Для решения поставленных задачпроводились теоретические и экспериментальные исследования на модельныхрастворах и реальных сточных водах в лабораторных и натурных условиях постандартным методикам. Методология исследований включала изучение6теоретических основ процессов биологической очистки сточных вод, обобщениепрактического опыта и формирование на этой основе положений рабочейгипотезы. Теоретической основой исследований являлись фундаментальныеположения закономерностей биологической очистки сточных вод прикрепленнойбиопленкой в загрузке контактного биореактора. Экспериментальной основойисследований служили лабораторные установки и действующие сооружениябиологической очистки сточных вод.Положения, выносимые на защиту:- научное обоснование создания нового типа биозагрузки для контактногобиореактора с многоуровневой поверхностью из полимерных материалов;- результаты исследований биоценоза биопленки, формирующегося напредлагаемой загрузке;- результаты экспериментальных исследований работы контактныхреакторов с новым типом биозагрузки;- рекомендации по применению петельной загрузки в контактныхбиореакторах для очистки сточных вод;- результаты технико-экономической оценки применения разработаннойпетельной загрузки из порошково-волокнистых материалов.Степень достоверности результатов исследования.Для экспериментальных исследований результаты получены насертифицированном оборудовании, показана воспроизводимость результатовисследований в различных условиях; теория согласуется с опубликованнымиэкспериментальными данными по теме диссертации; установлено качественноесовпадение авторских результатов с результатами, представленными внезависимых источниках по данной тематике; использованы современныеметодики сбора и обработки исходной информации.Апробация работы.